ES2289404T3 - Aparato de control de las emisiones de escape para motor de combustion interna y metodo de control de las emisiones de escape. - Google Patents

Aparato de control de las emisiones de escape para motor de combustion interna y metodo de control de las emisiones de escape. Download PDF

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Abstract

Aparato de control de las emisiones de escape para motores de combustión interna (10) que presenta un paso de escape (14) y una válvula de adición (46) para que inyecte un aditivo y se añada a los gases de escape, presentando la válvula de adición (46) un orificio de inyección (60) comunicado con el paso de escape (14), comprendiendo el aparato de control de las emisiones de escape unos medios de predicción (50) que predicen un estado en el que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape basándose en las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna (10); y medios de adición forzada de combustible (50) que de un modo forzado llevan a cabo la adición del aditivo a los gases de escape a través de la válvula de adición (46) cuando los medios de predicción (50) predicen las condiciones en las que se genera una gran cantidad de humo, estando el aparato de control de las emisiones de escape caracterizado porque comprende además medios de cálculo (50) paraque calcule un valor total de la cantidad de humo generada mediante la suma de las cantidades de humo generado obtenidas desde una realización previa de la adición del aditivo a través de la válvula de adición (46), en el que los medios de adición forzada de combustible (50) llevan a cabo de un modo forzado la adición del aditivo a través de la válvula de adición (46) cuando el valor total de la cantidad de humo generado calculado mediante los medios de cálculo (50) excede un valor predeterminado (a).

Description

Aparato de control de las emisiones de escape para motor de combustión interna y método de control de las emisiones de escape.
Antecedentes de la presente invención 1. Campo de la presente invención
La presente invención se refiere a un aparato y a un método para el control de las emisiones de escape para un motor de combustión interna en el que se inyecta un aditivo a través de una válvula de adición que presenta un orificio de inyección comunicado con un paso de escape de tal modo que se añade a los gases de escape. Más particularmente, la presente invención se refiere a una mejora de una estructura de control con respecto a la adición del aditivo a través de la válvula de adición de tal modo que se evite la obstrucción de la misma.
2. Descripción de la técnica a la que se refiere
Son bien conocidos varios tipos de dispositivos para el control de las emisiones de escape empleados en motores de combustión interna tales como los que incluyen una válvula de adición que presenta un orificio de inyección comunicado con el paso de escape de tal manera que el aditivo se inyecta a través de la válvula de adición y se añade a los gases de escape.
El documento JP-A-2001-280125, por ejemplo, da a conocer un dispositivo de control de la emisión del escape para un motor diésel, que incluye una válvula de adición a través de la cual se inyecta el combustible así como el aditivo hacia los gases de escape. En el dispositivo de control de las emisiones de escape, el combustible se suministra directamente a un catalizador dispuesto corriente abajo de la válvula de adición mediante la adición de combustible a los gases de escape a través de la válvula de adición. El dispositivo de control de las emisiones de escape está estructurado para añadir el combustible cuando sea necesario de tal modo que se aumente la temperatura del catalizador, donde se purifican el material en partículas (al que se hará referencia de ahora en adelante como PM), los óxidos de nitrógeno (NOx), el azufre (S) y similares que han sido atrapados y absorbidos en el catalizador.
En el dispositivo de control de las emisiones de escape para el motor de combustión interna, que incluye la válvula de adición mencionada anteriormente en el sistema de escape, hay una vaina por la que el aditivo sale parcialmente de la válvula de adición en tanto en cuanto el intervalo para el inyectado del aditivo a través de la válvula de adición se hace más largo. En dicha vaina, el humo generado en los gases de escape se puede introducir en el interior de la válvula de adición a través del orificio de inyección comunicado con el paso de escape y se puede depositar en ésta. El humo depositado de este modo puede provocar la obstrucción del orificio de inyección en la válvula de adición. Esto puede provocar varios inconvenientes tales como el deterioro de la precisión del control con respecto a la cantidad de aditivo añadido y fallos en el funcionamiento de la válvula de adición, lo que impide el suministro del aditivo en los gases de escape.
Un aparato y un método de control de las emisiones de escape que comprende las características que se resumen en el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 5, respectivamente, es conocido a partir del documento US 2002/0029564 A1.
Los medios de predicción de los aparatos de control de las emisiones de escape predicen un estado de aceleración basándose en el estado de funcionamiento del motor de combustión interna y por lo tanto predice una condición donde se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape. Si se determina el estado de aceleración, los medios de adición forzada de combustible constituidos por una unidad de control electrónico que lleva a cabo de un modo forzado la adición del aditivo a los gases de escape a través de la válvula de adición. Los aparatos de control de las emisiones de escape conocidos se enfrontan con el siguiente problema: inmediatamente después de inyectar el combustible a través de la válvula de adición, el orificio de inyección y la zona corriente arriba del mismo están llenos con combustible que después de esto sale parcialmente de la válvula de adición. Esto da como resultado que el humo generado en los gases de escape se puede introducir en la válvula de adición a través del orificio de inyección comunicado con el paso de escape y se puede depositar en el mismo. El humo depositado de esta forma puede provocar la obstrucción del orificio de inyección. Este problema se puede resolver parcialmente mediante el inyectado forzado de combustible a través de la válvula de adición cuando se predice el estado de aceleración, donde se genera la gran cantidad humo, de tal modo que la válvula de adición está llena con combustible y el humo generado en gran cantidad no se pueda introducir en la válvula de adición. Sin embargo, el problema de obstrucción en la válvula de adición no solo se presenta cuando se genera una gran cantidad de humo en un estado de aceleración. Se generan pequeñas cantidades de humo en los gases de escape incluso en condiciones de funcionamiento en estado constante. Estas pequeñas cantidades de humo se pueden introducir gradualmente en la válvula de adición y pueden provocar la obstrucción de la válvula de admisión después de un período de tiempo alargado.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato de control de las emisiones de escape y un método de control de las emisiones de escape para un motor de combustión interna por medio del cual se pueda impedir la obstrucción en la válvula de adición que es debida a la penetración gradual de humo.
Según la presente invención, este objetivo se logra mediante el dispositivo de control de las emisiones de escape definido en la reivindicación 1 y mediante el método de control de las emisiones de escape definido en la reivindicación 5.
En las reivindicaciones dependientes se definen desarrollos ventajosos de la presente invención según las reivindicaciones 1 y 5.
En el aparato y el método para el control de las emisiones de escape según la presente invención, los medios de predicción predicen que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape basándose en las condiciones de funcionamiento del motor. Si se predice la generación de una gran cantidad de humo, se añade el aditivo de un modo forzado en los gases de escape a partir de la válvula de adición. Más específicamente, cuando se predice la generación de una gran cantidad de humo, se añade el aditivo a los gases de escape a través de la válvula de adición con independencia de la temporización predeterminada para la adición del aditivo. Dicha adición forzada puede llenar la válvula de adición en la que el aditivo sale parcialmente con el aditivo otra vez. En consecuencia la válvula de adición está llena con el aditivo durante la generación de humo, impidiendo de este modo la penetración de humo en el interior de la válvula de adición. Dicha estructura hace posible impedir la obstrucción en la válvula de adición debido a la penetración del humo.
La cantidad del humo generado probablemente aumentará durante la aceleración del motor de combustión interna. Si la adición forzada del aditivo se lleva a cabo fuera de la detección del estado de aceleración del motor, se puede impedir la obstrucción en la válvula de adición debida a la penetración de humo. El estado de aceleración del motor se puede detectar basándose en el cambio de la velocidad del motor, la medida del funcionamiento del pedal del acelerador, la velocidad del motor y similares.
En el motor de combustión interna donde las condiciones de combustión se cambian mediante la selección del modo de combustión, las condiciones de combustión tienden a deteriorarse en los cambios de modo de combustión, dando como resultado un incremento en la generación de la cantidad de humo. Si la adición forzada del aditivo se realiza durante la selección del modo de combustión, se puede impedir la obstrucción en la válvula de adición debido a la penetración del humo.
En otros casos diferentes de la generación de una gran cantidad de humo durante la aceleración o la selección del modo de combustión, se puede generar una pequeña cantidad de humo en los gases de escape. Si el estado en el que el aditivo sale parcialmente a partir de la válvula de adición se deja que siga durante un tiempo alargado, el humo puede introducirse gradualmente en la válvula de adición, provocando de este modo la obstrucción en la misma. En la presente invención, el valor total del humo generado obtenido desde la adición previa del aditivo a través de la válvula de adición se calcula basándose en el estado de funcionamiento del motor. Cuando el valor total alcanza el valor mayor o igual que un valor predeterminado, la adición forzada del aditivo se lleva a cabo de tal modo que la válvula de adición se llena con el aditivo. Esto hace posible impedir la obstrucción provocada por la penetración gradual del humo.
Breve descripción de los dibujos
Los anteriores y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción que sigue a continuación de realizaciones preferidas con referencia a los dibujos adjuntos, donde se emplean referencias numéricas iguales para representar elementos similares y donde:
la figura 1 es una vista que muestra un aparato de control de las emisiones de escape para un motor de combustión interna como una forma de realización de la presente invención;
la figura 2 es una vista esquemática que muestra una estructura de una válvula de adición y sus partes periféricas como la forma de realización;
la figura 3 es una vista en sección ampliada de una extremo distal de la válvula de adición;
las figuras 4A a 4D son vistas en las que cada una muestra como se produce la obstrucción en la válvula de adición;
la figura 5 es un gráfico que muestra la relación entre la proporción aire/combustible y la cantidad de humo que se genera;
la figura 6 es un diagrama de flujo que muestra una rutina de control para la prevención de la obstrucción según la presente invención; y
la figura 7 es un cuadro de tiempos que muestra un ejemplo de una rutina de control para la prevención de la obstrucción según la presente invención.
Descripción detallada de la forma de realización preferida
Se describirá haciendo referencia a los dibujos una forma de realización de un aparato de control para la adición de combustible como un aditivo en el interior de los gases de escape según la presente invención.
La figura 1 es una vista esquemática que muestra la estructura de un motor de combustión interna 10 al que se le aplica la presente invención. El motor de combustión interna 10 es un motor diésel provisto con un dispositivo de inyección de combustible de tipo "common rail" (de conducto de distribución único) y un turbo-compresor 11 así como un paso de admisión 12, una cámara de combustión 13 y un paso de escape 14.
Hay un medidor de caudal de aire 16, un compresor 17 del turbo-compresor 11, un intercambiador de calor 18, y una válvula reguladora de admisión 19 en el paso de aire de admisión 12 a partir de un filtro de aire 15 en el lado dispuesto más corriente arriba hacia la corriente abajo del paso de aire de admisión 12. El paso de admisión 12 está bifurcado en un colector de admisión 20 corriente abajo de la válvula reguladora de admisión 19. Cada uno de los pasos de admisión bifurcados 12 está conectado con la cámara de combustión correspondiente 13 del respectivo cilindro del motor de combustión interna 10 a través de un conducto de admisión 21.
Cada uno de los conductos de escape 22 conectados a la cámara de combustión correspondiente 13 de los cilindros está conectado a una turbina de escape 24 del turbo-compresor 11 a través de un colector de escape 23 en el paso de escape 14 que constituye un sistema de escape en el motor de combustión interna 10. Hay un convertidor catalítico de NOx 25, un filtro de PM 26 y un convertidor catalítico de oxidación 27 dispuestos corriente abajo de la turbina de escape 24 en el paso de escape 14 a partir del lado de corriente arriba.
El convertidor catalítico de NOx 25 lleva un catalizador de NOx de tipo de absorción/reducción. El catalizador de NOx presenta una función de absorción de NOx en el interior de los gases de escape en una concentración de oxígeno elevada y una liberación del NOx absorbido con una concentración de oxígeno reducida en los gases de escape. En presencia de una cantidad suficiente de combustible no quemado durante la liberación del NOx, el catalizador de NOx sirve para reducir la liberación de NOx de modo que se purifique.
El filtro de PM 26 está formado por un material poroso de tal modo que se atrapa el material en partículas (al que se hará referencia a partir de ahora como PM). Al igual que el convertidor catalítico 25 de NOx, el filtro PM 26 lleva a cabo la absorción/reducción de tipo catalizador NOx de tal modo que se purifica el NOx contenido en los gases de escape. La reacción provocada por el catalizador de NOx oxida las PM atrapadas de modo que son extraídas.
El convertidor catalítico de oxidación 27 lleva el catalizador de oxidación de tal modo que oxida y extrae HC, CO y similares contenidos en los gases de escape.
Un sensor de temperatura del flujo de los gases entrantes 28 para que detecte la temperatura del flujo de los gases entrantes, es decir, los gases de escape que fluyen hacia el filtro de PM 26 y un sensor de temperatura de los gases salientes 29 para que detecte una temperatura del flujo de gases que salen, es decir, los gases de escape que pasan a través del filtro PM 26 están dispuestos corriente arriba y corriente abajo del filtro de PM 26, respectivamente en el paso de escape 14. Un sensor de presión diferencial 30 para la detección de una presión diferencial entre el lado corriente arriba y el lado corriente abajo del filtro de PM 26 en el paso de escape 14. Hay dispuestos dos sensores de oxígeno 31, 32 para la detección de las concentraciones respectivas de oxígeno en los gases de escape en el paso de escape 14, estando dispuesto un sensor de oxígeno 31 corriente abajo de la turbina de escape 24, y estando dispuesto el otro sensor de oxígeno 32 entre el filtro de PM 26 y el convertidor catalítico de oxidación 27.
El motor de combustión interna 10 presenta además un dispositivo de recirculación de (los gases de) escape (a la que se hará referencia de ahora en adelante como EGR) para que recircule una parte de los gases de escape en el aire en el interior del paso de admisión 12. El dispositivo EGR incluye un paso EGR 33 que comunica el paso de escape 14 con el paso de admisión 12. La parte dispuesta más corriente arriba del paso EGR 33 está conectada al lado corriente arriba de la turbina de escape 24 en el paso de escape 14. Hay un catalizador EGR 34 que vuelve a tomar los gases de escape recirculados, un enfriador EGR 35 que enfría los gases de escape, un una válvula EGR 36 que ajusta la relación del flujo de gases de escape dispuesto en el paso EGR 33 a partir del lado corriente arriba de éste. La parte más corriente abajo del paso EGR 33 está conectada al lado corriente abajo de la válvula reguladora de admisión 19 en el paso de admisión 12.
Una unidad de control electrónico (a la que se hará referencia de ahora en adelante como ECU) 50 que ejecuta varias rutinas de control en el motor de combustión interna 10 incluye una CPU que ejecuta varias operaciones que relacionan el control en el motor de combustión interna 10, una ROM que almacena los programas y los datos requeridos para la ejecución de las rutinas de control, una RAM que almacena temporalmente los resultados de la operación ejecutada por la CPU, un puerto de entrada/salida para las señales que entran/salen desde/hacia el exterior, y similares. El puerto de entrada de la CPU 50 está conectado a un sensor NE 51 que detecta la velocidad del motor, un sensor del acelerador 52 que detecta la medida de funcionamiento del pedal del acelerador, un sensor de la válvula reguladora 53 que detecta el grado de abertura de la válvula reguladora de admisión 19. Adicionalmente a los diversos sensores tal como se ha descrito anteriormente, el puerto de salida del ECU 50 está conectado al circuito de mando de la válvula reguladora de admisión 19 y a la válvula EGR 36.
El ECU 50 sirve para dar salida a una señal de control al circuito de mando para las respectivas unidades conectadas cada una al puerto de salida según el estado de funcionamiento del motor indicado por las señales detectadas transmitidas desde los sensores respectivos. Se ejecutan, mediante el ECU 50, diversas rutinas de control, por ejemplo, para que controlen el grado de abertura de la válvula reguladora de admisión 19, y para el control del EGR basado en el control del grado de abertura de la válvula EGR 36.
En el motor de combustión interna 10 según la forma de realización, el modo de combustión se selecciona entre el modo de combustión normal y el modo de combustión a baja temperatura como una parte del control tal como se ha descrito anteriormente. Bajo el modo de combustión a baja temperatura, se admite una gran cantidad de EGR para reducir la combustión de la mezcla en el interior de la cámara de combustión 13, reduciendo de este modo la generación tanto de NOx como de humo. Bajo el modo de combustión a baja temperatura, dicha admisión de una gran cantidad de EGR permite la combustión de una mezcla con una relación de aire/combustible relativamente rica en comparación con el modo de combustión normal.
La cámara de combustión 13 para cada uno de los cilindros en el motor de combustión interna 10 incluye una válvula de inyección de combustible 40 para que inyecte el combustible de modo que se queme en el interior de la cámara de combustión 13. La válvula de inyección 40 está conectada a un conducto de distribución único (common rail) 42 a través de una tubería de suministro de combustible a alta presión 41. El combustible a alta presión se suministra en el conducto de distribución único 42 a través de una bomba de combustible 43. La presión del combustible a alta presión en el interior del conducto de distribución único 42 se detecta mediante un sensor de presión en el raíl 44 dispuesto en el conducto de distribución único (common rail) 42. El combustible a baja presión se suministra desde la bomba de combustible 43 en una válvula de adición 46 a través de una tubería de suministro de combustible de baja
presión 45.
El circuito de mando para la válvula de inyección de combustible 40, la bomba de combustible 43 y la válvula de adición 46 están conectadas al puerto de salida del ECU 50 que sirve para llevar a cabo el control con respecto a la cantidad de combustible que se inyecta a través de la válvula de inyección de combustible 40, la temporización de la inyección de combustible, la presión de inyección de combustible, la adición del combustible a través de la válvula de adición 46 y similares.
La figura 2 es una vista en sección transversal del conducto de escape 22 provisto con la válvula de adición 46 y las partes periféricas de la misma.
Haciendo referencia a la figura 2, la válvula de adición 46 está dispuesta alrededor de la parte en que se conectan el conducto de escape 22 del cilindro y el correspondiente colector de escape 23. Existe un orificio de inyección 60 en el extremo distal de la válvula de adición 46 de tal modo que el combustible se inyecta a través del orificio de inyección 60 hacia el colector de escape 23, y se añade a los gases de escape.
El extremo distal de la válvula de adición 46 que presenta el orificio de inyección 60 está dispuesto con una cubierta de protección 61 que presenta una abertura para que se comunique con el colector de escape 23 en el sentido de la inyección de combustible. La cubierta de protección 61 sirve para impedir el incremento en la temperatura de la válvula de adición 46 bajo el calor de los gases de escape.
La figura 3 es una vista en sección del extremo distal de la válvula de adición 46 como una parte rodeada con un círculo III dibujado mediante una línea discontinua mostrada en la figura 2. El orificio de inyección 60 está comunicado con una cámara de aspiración 62 formada en el interior del extremo distal de la válvula de adición 46. Cuando se abre una válvula de aguja 63 dispuesta en la válvula de adición 46, el combustible suministrado a baja presión desde la bomba de combustible 43 se alimenta en la cámara de aspiración 62. El combustible a baja presión admitido en la cámara de aspiración 62 se inyecta entonces a través del orificio de inyección 60. En consecuencia, el combustible como aditivo se añade a los gases de escape a través de la válvula de adición 46.
Cuando se añade el combustible a los gases de escape a través de la válvula de adición 46, se alimenta el combustible en el convertidor catalítico de NOx 25 o el filtro PM 26 junto con los gases de escape. La temperatura del lecho del catalizador se puede incrementar bajo el calor generado por la reacción de oxidación del combustible, o se pueden reducir el NOx o los óxidos de azufre (SOx) absorbidos en el catalizador de NOx mediante el combustible que sirve como agente reductor.
El control que relaciona la adición de combustible a los gases de escape a través de la válvula de adición 46 incluye el modo de control de recuperación de PM, el modo de control de reducción de NOx, el modo de control de recuperación de intoxicación por S, y el modo de control normal.
Bajo el modo de control de recuperación de PM, las PM atrapadas mediante el filtro de PM se quema de modo que se descarga como anhídrido carbónico (CO_{2}) y agua (H_{2}O), eliminando de este modo la obstrucción del filtro de PM 26. Bajo el modo de control de recuperación de PM, el combustible es añadido de un modo continuo a través de la válvula de adición 46 a los gases de escape con repetición de modo que el combustible añadido se oxida en los gases de escape o en el catalizador. Bajo el calor resultante provocado por la reacción de oxidación, la temperatura del lecho del catalizador aumenta al valor en el rango entre 600 y 700°, por ejemplo. Esto puede permitir que se quemen las PM.
Bajo el modo de control de reducción del NOx, el NOx absorbido en el convertidor catalítico de NOx 25 y el catalizador de NOx del filtro de PM 26 se descarga como nitrógeno (N_{2}), anhídrido carbónico (CO_{2}) y agua (H_{2}O). Bajo el modo de control de reducción del NOx, el combustible se añade de un modo intermitente a través de la válvula de adición 46 a los gases de escape en un intervalo de tiempo predeterminado de tal modo que los gases de escape alrededor del catalizador de NOx son llevados hacia la atmósfera en la que la concentración de oxígeno es baja y el contenido de combustible sin quemar es grande, es decir, la condición de punta rica. Como resultado de ello, este modo de control fomenta la descarga de NOx a partir del catalizador de NOx y la reducción de NOx de modo que reduce el NOx mediante una reducción.
Bajo el modo de control de recuperación de intoxicación por S, se recupera la función de absorción de NOx que se ha deteriorado debido a los óxidos de azufre (SOx) absorbidos junto con el NOx en el catalizador de NOx. En la puesta en marcha del modo de control de recuperación de intoxicación por S, al igual que en el control de recuperación de PM, el combustible se añade de un modo continuo e a través de la válvula de adición 46 a los gases de escape de tal modo que la temperatura del lecho del catalizador aumenta a un valor entre 600 y 700°C, por ejemplo. AI igual que en el control de reducción de NOx, se añade combustible de un modo intermitente a través de la válvula de adición 46 para llevar la atmósfera hacia la condición de punta rica de un modo intermitente. Como resultado de ello, el modo de control fomenta la descarga del SOx desde el catalizador de NOx y la reducción del SOx de modo que se recupera la función de absorción del NOx. En esta forma de realización, el control para el aumento de la temperatura del lecho del catalizador continúa hasta que las PM atrapadas en el filtro de PM 26 estén casi completamente eliminadas. Esto hace posible que se permita el quemado de las PM simultáneamente con la reducción de SOx e impide un incremento excesivo de la temperatura del lecho del catalizador.
Bajo el otro modo distinto de los que se han descrito anteriormente, es decir, en el modo de control normal, el combustible normalmente no se añade a los gases de escape a través de la válvula de adición 46.
En el aparato de control de las emisiones de escape para el motor de combustión interna 10 en el que se inyecta el combustible a los gases de escape a través de la válvula de adición 46 que presenta el orificio de inyección 60 comunicado con el paso de escape 14, el humo generado en el interior de los gases de escape se puede introducir en la válvula de adición 46, y puede suceder la obstrucción. La figura 4 muestra en detalle como sucede la obstrucción en la válvula de adición 46.
Inmediatamente después de la adición del combustible a través de la válvula de adición 46, el orificio de inyección 60 y la cámara de aspiración 62 en el interior de la válvula de adición 46 se llenan de combustible tal como se muestra en la figura 4A. En estas condiciones, el humo generado mediante una gran cantidad no se puede introducir en la válvula de adición 46.
Si la válvula de adición 46 se deja para que permanezca durante un tiempo largo a partir de la adición previa de combustible, el combustible que se ha llenado en el orificio de inyección 60 y la cámara de aspiración 62 se sale parcialmente debido a la vibración del motor de combustión interna 10 o del vehículo, disminuye de modo temporal en la presión de escape provocada por la pulsación de los gases de escape, la volatilización del combustible y similares tal como se muestra en la figura 4B. Si se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape en dichas condiciones, las PM contenidas en los gases de escape se introducen en la válvula de adición a través del orificio de inyección 60 tal como se muestra en la figura 4C. Si dichas condiciones se dejan además para que permanezca, las PM introducidas se depositan y se adhieren en el interior de la válvula de adición 46 tal como se muestra en la figura 4D. Esto puede provocar la obstrucción en el orificio de inyección 60 o en la cámara de aspiración 62. En el aparato de control de las emisiones de escape para el motor de combustión interna 10 según la forma de realización, el control para la prevención de la obstrucción se lleva a cabo de tal modo que impida la obstrucción en la válvula de adición 46 tal como se describe posteriormente.
Bajo el control para la prevención de la obstrucción, el ECU 50 sirve para predecir las condicionas donde se genera una gran cantidad de huno en los gases de escape basándose en las condiciones de funcionamiento del motor. Se determina que se genera una gran cantidad de humo cuando el motor de combustión interna 10 está en estado de aceleración y cuando el modo de combustión está seleccionado entre el modo de combustión de baja temperatura y el modo de combustión normal. Basándose en dicha determinación, se hace la predicción. La generación de una gran cantidad de humo bajo dichas condiciones puede estar provocada por las siguientes razones.
En aceleración del motor de combustión interna 10, se aumenta la cantidad de inyección de combustible suministrada a través de la válvula de inyección de combustible 40 de tal modo que la combustión se lleva a cabo en una relación aire/combustible de la mezcla en un estado relativamente rico en comparación con las condiciones normales. Una parte del combustible es llevado hacia un estado de combustión incompleta, que genera de este modo una gran cantidad de humo en el interior de los gases de escape. La determinación del modo si el motor de combustión interna 10 está en condición de aceleración, es decir, la determinación de la aceleración se puede hacer mediante la determinación ya sea de si la tasa de incremento de la velocidad del motor, la cantidad de inyección de combustible o la velocidad del motor se hacen iguales o mayores que un valor predeterminado.
En referencia a la figura 5, tanto el modo de combustión a baja temperatura como el modo de combustión normal se llevan a cabo con una relación aire/combustible suficiente para impedir la generación de humo. En un cambio entre el modo de combustión a baja temperatura y el modo de combustión normal, la relación aire/combustible se convierte temporalmente en un valor que puede que no logre impedir la generación de humo. Como resultado de ello, tiende a generarse una gran cantidad de humo en los gases de escape en un cambio del modo de combustión.
Si el ECU 50 predice la condición donde se genera una gran cantidad de humo, la adición de combustible a los gases de escape a través de la válvula de adición 46 se lleva a cabo de un modo forzado con independencia de la temporización predeterminada para la adición de combustible. Cuando se lleva a cabo la adición de combustible, el orificio de inyección 60 y la cámara de aspiración 62 en el interior de la válvula de adición 46 se llenan con el combustible tal como se muestra en la figura 4A, impidiendo de este modo la penetración del humo generado en los gases de escape. Incluso si el humo se introduce en la válvula de adición 46, se puede barrer mediante un añadido adicional de combustible. Dicha adición forzada de combustible puede impedir la obstrucción en la válvula de adición 46 debido a la penetración de humo. La cantidad de combustible añadido en el caso mencionado anteriormente se ajusta al valor tan bajo como sea posible que permita el rellenado de combustible en el interior de la válvula de adición 46 de modo que no afecte de un modo desfavorable la emisión de (gases de) escape.
Se genera una pequeña cantidad de humo en el otro caso que la aceleración del motor de combustión interna 10 o el cambio del modo de combustión. En consecuencia cuando se deja que permanezca durante un tiempo alargado el escape parcial de combustible a partir de la válvula de adición 46, el humo se introduce probablemente de un modo gradual en la válvula de adición 46 incluso si no se genera una gran cantidad de humo. Esto puede provocar la obstrucción de la válvula de adición 46.
En la forma de realización, el ECU 50 obtiene la cantidad total de humo generado como el valor total de la cantidad de humo generado en los gases de escape calculado desde la adición previa de combustible a través de la válvula de adición 46, y lleva a cabo la adición forzada de combustible cuando la cantidad total de humo generado se hace igual o mayor que una cantidad predeterminada \alpha. La adición forzada de combustible puede barrer el humo introducido y puede llenar la válvula de adición 46 con el combustible otra vez de modo que impida la obstrucción en ésta debido a la penetración gradual del humo. Las cantidades totales de humo generado se obtiene mediante la detección de las cantidades instantáneas de humo generado basadas en la velocidad del motor, la cantidad de combustible inyectado y similares, y sumando estos valores calculados.
En la forma de realización, el ECU 50 lleva a cabo la adición forzada de combustible bajo el modo de control de reducción del NOx donde la adición de combustible se realiza en un intervalo relativamente largo, y bajo el modo de control normal donde la adición de combustible normalmente no se realiza. Bajo el modo de control de reducción de intoxicación de S después de que la temperatura del lecho del catalizador haya aumentado suficientemente al valor elevado, la adición de combustible se lleva a cabo durante un intervalo relativamente largo de tal modo que se realiza intermitentemente la punta rica. En este caso, sin embargo, los gases de escape ya han sido calentados a una alta temperatura, y no se genera una gran cantidad de humo. En consecuencia la adición forzada de combustible no se lleva a cabo bajo el modo de control de recuperación de intoxicación de S.
La rutina para el control de la prevención de la obstrucción se describirá haciendo referencia a la figura 6. Esta rutina es ejecutada por el ECU 50 periódicamente durante el funcionamiento del motor.
En la puesta en marcha de la rutina de control, el ECU 50 determina si se han establecido en el paso S100 las precondiciones para que lleve a cabo el control para la prevención de la obstrucción. El establecimiento de las precondiciones se determina cuando se satisface una de las condiciones (a1) y (a2), y se satisface además la condición (a3), que se describen posteriormente.
(a1)
El motor está en el modo de control normal, y se satisfacen todas las tres condiciones siguientes (1) a (3);
(1)
La temperatura del lecho del catalizador es mayor o igual que un valor predeterminado Ta, y menor que un valor predeterminado Tb. La temperatura del lecho del catalizador es un valor estimado basado en el valor detectado por sensor de temperatura 29 del flujo de gases de escape y el cambio en las condiciones de funcionamiento del motor (velocidad del motor, cantidad de combustible inyectada, etc.). Los valores predeterminados Ta y Tb se ajustan como los valores límite inferior y superior de la temperatura del lecho del catalizador suficientes para mantener el estado activado del catalizador de tal modo que el combustible añadido no se descargue directamente en el exterior, y para evitar un incremento excesivo de la temperatura del lecho del catalizador debido a la subida de temperatura acompañada con la adición de combustible a los gases de escape.
(2)
La temperatura de los gases de escape es mayor o igual que un valor predeterminado Tc, y menor que un valor predeterminado Td. El valor detectado por el sensor de temperatura 28 del flujo de gases de entrada se utiliza como la temperatura de los gases de escape. Los valores predeterminados Tc y Td se ajustan como los valores límite inferior y superior de la temperatura de los gases de escape suficiente para mantener el estado activado del catalizador de tal modo que el combustible añadido no se descargue directamente en el exterior, y para evitar un incremento excesivo de la temperatura del lecho del catalizador debido a la subida de temperatura acompañada con la adición de combustible a los gases de escape.
(3)
El motor está en cualquier otro estado que calado, antes de la conclusión de la determinación del cilindro, y durante la limitación del grado de abertura del pedal del acelerador.
(a2)
El motor está bajo el modo de control de reducción del NOx.
(a3)
Ha transcurrido un tiempo predeterminado a partir de la ejecución previa de adición de combustible.
Se determina que no se han establecido las condiciones previas, es decir, se ha obtenido un NO en el paso S100, el ECU 50 acaba la rutina de control. Mientras tanto si se determina que se han establecido las condiciones previas, es decir, se obtiene un Sf en el paso S 100, el proceso continúa con el paso S110.
En el paso S110, el ECU 50 determina si la condición para la predicción del estado en el que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape, es decir, si se han establecido las condiciones para la determinación de la generación de humo. La condición para la determinación de la generación de humo se establece si se satisface una de las condiciones (b1) y (b2). Si se determina que no se ha establecido la condición para la determinación de la generación de humo, es decir, si se obtiene NO en el paso S110, el procedimiento procede con el paso S120. Si se determina que se ha establecido la condición para la determinación de la generación de humo, es decir, si se obtiene SI en el paso S110, el procedimiento procede con el paso S130.
(b1)
La condición para la determinación de que se satisface la aceleración, y el motor de combustión interna 10 está en estado de aceleración.
(b2)
El modo de combustión se está cambiando entre el modo de combustión normal y el modo de combustión a baja temperatura.
En el paso S120 se determina si la cantidad total de humo generado es igual o mayor que un valor de referencia \alpha. Si el valor de la generación total de humo es igual o mayor que el valor de referencia \alpha, es decir, si se obtiene Si en el paso S120, el proceso continúa con el paso S 130. Si el valor de la generación total de humo es menor que el valor de referencia \alpha, es decir, se obtiene un NO en el paso S 120, el ECU 50 acaba la rutina de control.
En el paso S130, el ECU 50 da salida a la señal de control con respecto a la ejecución de la adición de combustible a la válvula de adición 46 de modo que lleva a cabo la adición de combustible forzada. El ECU 50 acaba entonces la rutina de control.
La figura 7 muestra un ejemplo del control para la prevención de la obstrucción tal como se ha descrito anteriormente.
En el ejemplo mostrado en la figura 7, la aceleración del motor de combustión interna 10 empieza en un instante de tiempo t1 para aumentar la velocidad del motor, la medida de funcionamiento del acelerador, y la cantidad de la inyección de combustible. La cantidad de generación de humo instantánea aumenta bruscamente acompañada con la aceleración.
En un instante de tiempo t2, la determinación se hace con respecto a la aceleración. Cuando se determina que el motor de combustión interna 10 se encuentra en la condición de aceleración, la señal de control para la adición de combustible a la válvula de adición 46 es emitida por el ECU 50 de modo que lleva a cabo una adición forzada de combustible a través de la válvula de adición 46. La válvula de adición 46 se puede llenar con el combustible otra vez antes de la generación de una gran cantidad de humo, impidiendo de esto modo la penetración del humo en la válvula de adición 46.
La cantidad total de humo generado mostrada en la figura 7 se deriva como la suma de las cantidades instantáneas de humo generado calculadas según las condiciones de funcionamiento del motor. En la adición de combustible a la válvula de adición 46, el valor total del humo generado se vuelve a poner a 0. Entonces dicho valor se incrementa según la cantidad instantánea de humo generado.
Cuando la cantidad total de humo generado se hace mayor o igual al valor de referencia a en un instante de tiempo t3, el ECU 50 emite el valor de mano para la adición de combustible de modo que lleva a cabo la adición forzada de combustible a través de la válvula de adición 46. El humo que se ha introducido gradualmente en la válvula de adición 46 desde la adición forzada de combustible en el instante de tiempo t2 es barrido, y la válvula de adición 46 se llena otra vez con combustible.
En esta forma de realización, el proceso en el paso S110 bajo el control para la prevención de la obstrucción corresponde a los medios de predicción. La adición de combustible llevada a cabo en el paso S130 corresponde a la adición forzada de combustible mediante los medios de adición forzada de combustible. La cantidad total de humo generado en la que se basa la determinación se realiza en el paso S120 corresponde al valor total de la cantidad de humo generado calculada mediante los medios de cálculo.
La forma de realización citada anteriormente puede proporcionar los siguientes efectos:
(1)
En la forma de realización, la condición en la que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape se predice basándose en las condiciones de funcionamiento del motor. Si se predicen unas condiciones de este tipo, se lleva a cabo la adición forzada de combustible a través de la válvula de adición 46. La válvula de adición 46 se llena con combustible una vez cuando se predice una condición de este tipo, impidiendo de este modo la penetración del humo en la válvula de adición 46. Esto hace posible impedir la obstrucción en la válvula de adición 46.
(2)
En la forma de realización, la adición de combustible forzada a través de la válvula de adición 46 se lleva a cabo en la determinación de que el motor de combustión interna 10 se encuentra en un estado de aceleración. Esto hace posible prevenir la obstrucción en la válvula de adición 46 debido a la gran cantidad de humo generado en los gases de escape acompañado con la aceleración del motor de combustión interna 10.
(3)
En la forma de realización, la adición de combustible forzada a través de la válvula de adición 46 se lleva a cabo en un cambio del modo de combustión del motor de combustión interna 10. Esto hace posible impedir la obstrucción en la válvula de adición 46 debido a una gran cantidad de humo generado en los gases de escape acompañados con el cambio del modo de combustión del motor de combustión interna 10.
(4)
En la forma de realización, cuando la cantidad total de humo generado obtenido como el valor total mediante la suma de las cantidades de humo generado desde la adición de combustible previa se hace igual o mayor que un valor de referencia a, se lleva a cabo la adición forzada de combustible de tal modo que la válvula de adición 46 se llena con el combustible. Esto hace posible que se impida la obstrucción de la válvula de adición 46 debido a la penetración gradual del humo diferente del caso en el que se genera una gran cantidad de humo.
Se puede eliminar cualquiera de las condiciones (b1) y (b2) como condición para la determinación de la generación de una gran cantidad de humo a hacerse en el paso S110 bajo el control para la prevención de la obstrucción. En el caso en el que se aplica la presente invención a un motor de combustión interna en el que el modo de combustión no se cambia o la cantidad de humo generado en el cambio de modo de combustión es sustancialmente pequeña, la obstrucción en la válvula de adición 46 se puede impedir incluso si se elimina la condición (b2). En el caso en el que se aplica la presente invención a un motor de combustión interna en el que la cantidad de humo generada en aceleración es sustancialmente pequeña, se puede eliminar la condición (b1). Se puede considerar una condición que puede provocar la generación de una gran cantidad de humo diferente de las condiciones (b1) y (b2) como la condición para que determine la generación de una gran cantidad de humo.
En el motor de combustión interna 10 para el que se aplica la forma de realización, la adición forzada de combustible a través de la válvula de adición 46 no se lleva a cabo bajo el modo de control de recuperación de intoxicación S y el modo de control de reducción de NOx. Si hay un a posibilidad de que provoque la obstrucción en la válvula de adición 46 bajo los modos de control mencionados anteriormente, se permite la realización de la adición forzada de combustible.
La presente invención se puede aplicar al aparato de control de las emisiones de escape para un motor de combustión interna con una estructura diferente de la que se ha mencionado anteriormente. La obstrucción en la válvula de adición se puede evitar mediante la presente invención siempre que el aparato de control de las emisiones de escape para el motor de combustión interna esté estructurado de tal modo que el aditivo se inyecta a través de la válvula de adición que presenta el orificio de inyección comunicado con el paso de escape de tal modo que añade el aditivo en los gases de escape. Por ejemplo, la presente invención se puede aplicar en el aparato de control de las emisiones de escape en el que el aditivo sea diferente del combustible, tal como en el que se añade urea a los gases de escape.

Claims (8)

1. Aparato de control de las emisiones de escape para motores de combustión interna (10) que presenta un paso de escape (14) y una válvula de adición (46) para que inyecte un aditivo y se añada a los gases de escape, presentando la válvula de adición (46) un orificio de inyección (60) comunicado con el paso de escape (14),
comprendiendo el aparato de control de las emisiones de escape unos medios de predicción (50) que predicen un estado en el que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape basándose en las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna (10); y
medios de adición forzada de combustible (50) que de un modo forzado llevan a cabo la adición del aditivo a los gases de escape a través de la válvula de adición (46) cuando los medios de predicción (50) predicen las condiciones en las que se genera una gran cantidad de humo,
estando el aparato de control de las emisiones de escape caracterizado porque comprende además
medios de cálculo (50) para que calcule un valor total de la cantidad de humo generada mediante la suma de las cantidades de humo generado obtenidas desde una realización previa de la adición del aditivo a través de la válvula de adición (46),
en el que los medios de adición forzada de combustible (50) llevan a cabo de un modo forzado la adición del aditivo a través de la válvula de adición (46) cuando el valor total de la cantidad de humo generado calculado mediante los medios de cálculo (50) excede un valor predeterminado (a).
2. Aparato de control de las emisiones de escape según la reivindicación 1, en el que los medios de predicción (50) predicen las condiciones donde se genera una gran cantidad de humo cuando el motor de combustión interna (10) está en condiciones de aceleración.
3. Aparato de control de las emisiones de escape según las reivindicaciones 1 6 2, en el que los medios de predicción (50) predicen las condiciones donde se genera una gran cantidad de humo cuando se cambia el modo de combustión en el motor de combustión interna (10).
4. Aparato de control de las emisiones de escape según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el aditivo consta de un combustible empleado e el motor de combustión interna (10).
5. Método de control de las emisiones de escape para motores de combustión interna (10) que presenta un paso de escape (14) y una válvula de adición (46) para que inyecte un aditivo y se añada a los gases de escape, presentando la válvula de adición (46) un orificio de inyección (60) comunicado con el paso de escape (14),
comprendiendo el método de control de las emisiones de escape de etapas de:
predicción de un estado en el que se genera una gran cantidad de humo en los gases de escape basándose en las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna; y la adición de un modo forzado de combustible (50) que se lleva a cabo del aditivo a los gases de escape a través de la válvula de adición (46) cuando se predicen las condiciones en las que se genera una gran cantidad de humo,
estando el método de control de las emisiones de escape caracterizado porque comprende además las etapas de:
el cálculo de un valor total de la cantidad de humo generada mediante la suma de las cantidades de humo generado obtenidas desde una realización previa de la adición del aditivo a través de la válvula de adición (46), y
la adición de un modo forzado del aditivo a través de la válvula de adición (46) cuando el valor total de la cantidad de humo generado calculado excede un valor predeterminado (\alpha).
6. Método de control de las emisiones de escape según la reivindicación 5, en el que se predicen las condiciones en las que se genera una gran cantidad de humo cuando el motor de combustión interna (10) está en condiciones de aceleración.
7. Método de control de las emisiones de escape según las reivindicaciones 5 ó 6, en el que se predicen las condiciones en las que se genera una gran cantidad de humo cuando se cambia el modo de combustión en el motor de combustión interna (10).
8. Método de control de las emisiones de escape según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el aditivo consta de un combustible empleado en el motor de combustión interna (10).
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