ES2293598T3 - Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion asociados a medios que forman un catalizador. - Google Patents
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Abstract
Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (1) asociados medios que componen el catalizador de oxidación (2) e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor (4) está asociado a medios (7, 8) de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros del motor, adaptados, mediante modificación de parámetros de control del funcionamiento del motor (4) y poniendo en práctica postinyecciones de carburante en los cilindros de este, para hacer que el motor varíe entre cuatro estrategias de regeneración de los medios de descontaminación (1), la primera estrategia llamada estrategia de funcionamiento normal (10) del motor, la segunda estrategia llamada estrategia de nivel 1 (11), la tercera estrategia llamada estrategia de nivel 2 (12) y la cuarta estrategia llamada estrategia de nivel 2 sobrecalibrado (13), que permiten obtener distintos niveles térmicos en la línea de escape (3), siendo el nivel térmico obtenido mediante la aplicación de la estrategia de nivel 2 sobrecalibrado (13) superior al obtenido mediante la aplicación de la estrategia de nivel 2 (12), que a su vez es superior al obtenido mediante la aplicación de la estrategia de nivel 1 (11), que a su vez es superior al obtenido mediante la aplicación de la estrategia normal, estando los medios de alimentación (7) conectados con medios (8) de detección de una petición de regeneración de los medios de descontaminación (1) para gobernar los medios de alimentación (7) a fin de aplicar un funcionamiento del motor según la estrategia de nivel 1 (11) tras la detección de esta petición, con medios (8, 17, 18) de vigilancia del estado de cebado de los medios que componen el catalizador (2) para aplicar la estrategia de nivel 2 sobrecalibrado (13) tan pronto como son activados dichos medios que componen el catalizador de oxidación, con medios (8, 16) de adquisición del nivel térmico existente dentro de la línea de escape (3) para aplicar la estrategia de nivel 2 (12) del motor cuando este nivel térmico rebasa una temperatura predeterminada de objetivo, durante un primer período predeterminado de tiempo, o para interrumpir la regeneración si no se ha alcanzado esta temperatura antes de la expiración de un segundo período máximo predeterminado de tiempo, y caracterizado por que los medios de alimentación (7) están conectados con medios de vigilancia (8) del funcionamiento en nivel 2 (12) del motor para gobernar un funcionamiento del motor.
Description
Sistema de ayuda a la regeneración de medios de
descontaminación asociados a medios que forman un catalizador.
La presente invención concierne a un sistema de
ayuda a la regeneración de medios de descontaminación, integrados
en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil.
Más particularmente, la invención se refiere a
un sistema de esta clase en el que el motor está asociado a medios
de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de
este, según al menos una postinyección.
Dicha post-inyección es, en la
forma clásica, una inyección de carburante después del punto muerto
superior del cilindro considerado.
Estos medios de alimentación están adaptados
para poner en práctica, con isopar, mediante modificación de
parámetros de control de funcionamiento del motor, diferentes
estrategias de regeneración que permiten obtener distintos niveles
térmicos en la línea de escape.
Así por ejemplo, ya han sido propuestos medios
de alimentación que ponen en práctica una primera estrategia de
regeneración según una estrategia llamada estrategia de nivel 1 y
una segunda estrategia de regeneración según una estrategia llamada
estrategia de nivel 2 y/o una estrategia de nivel 2
sobrecalibrado.
En efecto, se sabe que para asegurar la
regeneración de medios de descontaminación, tales como un filtro de
partículas, los hollines atrapados en éste son quemados gracias a la
energía térmica proporcionada por el motor y a la exoterma
realizada por la conversión de los HC y del CO en medios que
componen el catalizador de oxidación, colocados, por ejemplo, aguas
arriba del filtro de partículas.
Esta combustión puede estar asistida por un
elemento catalizador mezclado con los hollines, procedente por
ejemplo de un aditivo de ayuda a la regeneración, mezclado con el
carburante de alimentación del motor o bien mediante un catalizador
depositado directamente sobre las paredes del filtro de partículas
(filtro de partículas catalizado).
Este estado de la técnica está ilustrado, por
ejemplo, por la solicitud de patente EP 1281852A.
Cuanto más elevados son los niveles térmicos en
la línea de escape a la entrada del filtro de partículas, más corto
es el periodo de regeneración del filtro.
Ahora bien, en condiciones de rodadura críticas,
como por ejemplo en ciudad o en embotellamientos, los niveles
alcanzados mediante las estrategias clásicas de ayuda a la
regeneración del filtro de partículas pueden resultar insuficientes
para asegurar la regeneración correcta del filtro, lo que puede
convertirse en regeneraciones muy largas y por consiguiente muy
consumidoras de carburante, e incluso incompletas.
Toda estrategia de elevación de los niveles
térmicos durante estas rodaduras críticas permite, pues, asegurar
regeneraciones completas, reducir el exceso de consumo debido a esta
regeneración del filtro de partículas y, sobre todo, aumentar el
margen de seguridad respecto a la fisuración o la rotura de estos
filtros.
La finalidad de la invención es proponer una
estrategia de esta clase.
Con este fin, la invención tiene por objeto un
sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación,
asociados a medios que componen el catalizador de oxidación e
integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo
automóvil, en el que el motor está asociado a medios de rampa común
de alimentación de carburante de los cilindros del motor,
adaptados, mediante modificación de parámetros de control del
funcionamiento del motor y poniendo en práctica postinyecciones de
carburante en los cilindros de este, para hacer que el motor varíe
entre cuatro estrategias de regeneración de los medios de
descontaminación, la primera estrategia llamada estrategia de
funcionamiento normal del motor, la segunda estrategia llamada
estrategia de nivel 1, la tercera estrategia llamada estrategia de
nivel 2 y la cuarta estrategia llamada estrategia de nivel 2
sobrecalibrado, que permiten obtener distintos niveles térmicos en
la línea de escape, siendo el nivel térmico obtenido mediante la
aplicación de la estrategia de nivel 2 sobrecalibrado superior al
obtenido mediante la aplicación de la estrategia de nivel 2, que a
su vez es superior al obtenido mediante la aplicación de la
estrategia de nivel 1, que a su vez es superior al obtenido
mediante la aplicación de la estrategia normal, estando los medios
de alimentación conectados con medios de detección de una petición
de regeneración de los medios de descontaminación para gobernar los
medios de alimentación a fin de aplicar un funcionamiento del motor
según la estrategia de nivel 1 tras la detección de esta petición,
con medios de vigilancia del estado de cebado de los medios que
componen el catalizador para aplicar la estrategia de nivel 2
sobrecalibrado tan pronto como son activados dichos medios que
componen el catalizador de oxidación, con medios de adquisición del
nivel térmico existente dentro de la línea de escape para aplicar
la estrategia de nivel 2 del motor cuando este nivel térmico rebasa
una temperatura predeterminada de objetivo durante un primer período
predeterminado de tiempo o para interrumpir la regeneración si no
se ha alcanzado esta temperatura antes de la expiración de un
segundo período máximo predeterminado de tiempo, caracterizado
porque los medios de alimentación están conectados con medios de
vigilancia del funcionamiento en nivel 2 del motor para gobernar un
funcionamiento del motor en nivel 2 sobrecalibrado si el nivel
térmico existente dentro de la línea de escape desciende por debajo
de un umbral de temperatura baja predeterminada durante un tercer
período de tiempo o en nivel 1 si el nivel térmico existente dentro
de la línea de escape supera un umbral de temperatura alta
predeterminada durante un cuarto período de tiempo, mantener este
funcionamiento del motor según esta estrategia de nivel 1 durante un
quinto período de tiempo predeterminado de activación o hasta el
momento en que el nivel térmico existente dentro de la línea de
escape vuelva a bajar por debajo del umbral de temperatura alta
menos un desfase de histéresis durante un sexto período de tiempo,
gobernar un funcionamiento del motor según la estrategia normal en
el caso en que el nivel térmico existente dentro de la línea de
escape no vuelva a bajar por debajo del umbral de temperatura alta
menos el desfase de histéresis al final de un séptimo período
máximo de tiempo de refrigeración hasta que el nivel térmico
existente dentro de la línea de escape vuelva a bajar por debajo de
este umbral de temperatura alta menos el desfase de histéresis
durante el sexto período de tiempo, y esto, con repetición de las
estrategias, hasta la detección de una petición de detención de la
regeneración por los medios de detección.
Según otras características:
- las temperaturas de objetivo, alta y baja son
calibrables;
- los períodos de tiempo son calibrables;
- los valores de histéresis son calibrables;
- comprende medios de emisión de la petición de
regeneración y de detención de esta;
- los medios de vigilancia del estado de cebado
de los medios que componen el catalizador y de adquisición del
nivel térmico existente dentro de la línea de escape, comprenden
captadores de temperatura;
- los medios de descontaminación comprenden un
filtro de partículas;
- el filtro de partículas está catalizado;
- los medios de descontaminación comprenden una
trampa de NOx;
- el carburante contiene un aditivo destinado a
depositarse, con las partículas con las que se mezcla, en los
medios de descontaminación, para facilitar la regeneración de los
mismos;
- el carburante contiene un aditivo que forma
una trampa de NOx;
- los medios de descontaminación están
impregnados con una formulación SCR, que asegura una función de
oxidación CO/HC; y
- el motor está asociado a un
turbocompresor.
La invención se comprenderá mejor tras lectura
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y
con referencia a los dibujos anejos, en los que:
- la Fig. 1 representa un esquema sinóptico que
ilustra la estructura de un sistema de ayuda según la invención;
y
- la Fig. 2 representa un organigrama que
ilustra el funcionamiento de este.
En efecto, en la figura 1 se ha ilustrado un
sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación
designados por la referencia general 1, asociados a medios que
componen el catalizador de oxidación, designados por la referencia
general 2 y colocados en una línea de escape 3 de un motor térmico,
tal como un motor Diesel de vehículo automóvil.
Este motor está indicado con la referencia
general 4 y puede estar asociado, por ejemplo, a un turbocompresor
cuya parte de turbina 5 está asociada a la línea de escape y cuya
parte de compresor 6 está colocada aguas arriba del motor.
El motor está asociado a medios de rampa común
de alimentación de carburante de los cilindros de este, indicados
con la referencia general 7, cuyo funcionamiento se controla
mediante un supervisor 8.
Estos medios están adaptados para controlar el
funcionamiento del motor y en particular, mediante modificación de
parámetros de control del funcionamiento de este motor, para hacer
que éste varíe entre cuatro estrategias de regeneración de los
medios de descontaminación, designadas por la referencia general 9
en esta figura, una primera estrategia llamada estrategia de
funcionamiento normal del motor, 10, una segunda estrategia llamada
estrategia de nivel 1, 11, una tercera estrategia llamada estrategia
de nivel 2, 12, y una cuarta estrategia llamada estrategia de nivel
2 sobrecalibrado, 13, que permiten obtener distintos niveles
térmicos en la línea de escape.
\newpage
De este modo, el nivel térmico obtenido mediante
la aplicación de la cuarta estrategia de nivel 2 sobrecalibrado es
superior al obtenido mediante la aplicación de la tercera estrategia
de nivel 2, que a su vez es superior al obtenido mediante la
aplicación de la segunda estrategia de nivel 1, que a su vez es
superior al obtenido mediante la aplicación de la primera
estrategia llamada estrategia normal.
El supervisor 8 también está conectado a medios
de emisión de una petición de regeneración de los medios de
descontaminación o de detención de esta, designados por la
referencia general 15 en esta figura 1, y a diferentes captadores
de temperatura, por ejemplo 16, 17 y 18, repartidos en la línea de
escape para adquirir los niveles térmicos existentes en esta, como
se describirá con más detalle a continuación.
El captador de temperatura 16 está adaptado para
adquirir, por ejemplo, el nivel térmico existente dentro de la
línea de escape, mientras que los captadores 17 y 18, colocados a
una y otra parte de los medios que componen el catalizador,
permiten determinar, por ejemplo, el estado de cebado de estos, del
modo clásico.
El funcionamiento de este sistema está ilustrado
en la figura 2 y comienza con la recepción por el supervisor 8 de
una petición de regeneración de los medios de descontaminación.
Tras la detección de esta petición de
regeneración, los medios de alimentación 7, 8 están adaptados para
aplicar un funcionamiento del motor según la segunda estrategia de
nivel 1, en 21.
Estos medios aseguran una vigilancia del estado
de cebado de los medios que componen el catalizador, en 22, para
aplicar, en cuanto son activados los medios que componen el
catalizador, la cuarta estrategia de nivel 2 sobrecalibrado, en
23.
El nivel térmico existente dentro de la línea de
escape es adquirido y analizado para aplicar la estrategia de nivel
2 del motor cuando este nivel térmico rebasa una temperatura
predeterminada de objetivo durante un primer período predeterminado
de tiempo o para interrumpir la regeneración si no se ha alcanzado
esta temperatura antes de la expiración de un segundo período
máximo predeterminado de tiempo.
Estos distintos tests están designados por la
referencia general 24 en esta figura, estando designado el fin de
la regeneración mediante la referencia general 25, mientras que la
aplicación de la estrategia de nivel 2 se designa con la referencia
general 26.
El funcionamiento del motor en nivel 2 se vigila
para aplicar un funcionamiento de este motor en nivel 2
sobrecalibrado si el nivel térmico existente dentro de la línea de
escape desciende por debajo de un umbral de temperatura baja
predeterminada durante un tercer período de tiempo y esto, con
repetición de las estrategias, hasta la detección de una petición
de detención de regeneración por los medios de detección.
Estos distintos tests están designados por la
referencia general 27 en esta figura, que, mientras el nivel
térmico existente dentro de la línea de escape no vuelva a bajar por
debajo de la temperatura baja predeterminada, vuelve a repetir en
la etapa 26 la estrategia de nivel 2 y en el caso en que el nivel
térmico existente dentro de la línea de escape descienda por debajo
de la temperatura baja predeterminada, cambia el motor a un
funcionamiento en nivel 2 sobrecalibrado, en 28, que vuelve a
repetir la etapa de test 24 descrita precedentemente.
Por otra parte, el funcionamiento del motor en
nivel 2, en 26, también se vigila para activar un funcionamiento de
este motor en nivel 1 si el nivel térmico existente dentro de la
línea de escape supera un umbral de temperatura alta predeterminada
durante un cuarto período de tiempo.
Estos distintos tests están designados por la
referencia general 29 en esta figura, estando designado el
funcionamiento del motor en nivel 1 con la referencia general
30.
El supervisor mantiene este funcionamiento del
motor según este nivel 1, en 30, durante un quinto período de
tiempo predeterminado de activación, en 31, o hasta el momento en
que el nivel térmico existente dentro de la línea de escape vuelva
a bajar, en 32, por debajo del umbral de temperatura alta menos un
desfase de histéresis durante un sexto período de tiempo. Si no es
este el caso, el supervisor está adaptado para gobernar un
funcionamiento del motor según la primera estrategia normal, en 33,
en el caso en que el nivel térmico existente dentro de la línea de
escape no vuelva a bajar por debajo del umbral de temperatura alta
menos el desfase de histéresis al final de un séptimo período
máximo de tiempo de refrigeración, hasta que el nivel térmico
existente dentro de la línea de escape vuelva a bajar por debajo de
este umbral de temperatura alta menos el desfase de histéresis
durante el sexto período de tiempo, como está ilustrado en 34.
El supervisor repite estas estrategias hasta la
detección de una petición de detención de la regeneración, en
36.
Esto permite maximizar las posibilidades de
éxito de la regeneración, especialmente en condiciones de rodadura
críticas, como por ejemplo en ciudad o en embotellamientos.
Ni que decir tiene las temperaturas de objetivo,
alta y baja determinadas son calibrables, lo mismo que los períodos
de tiempo mencionados anteriormente y los valores de histéresis.
A título de ejemplo, se puede pasar de los
criterios siguientes de una calibración clásica de ayuda a la
regeneración de un filtro de partículas de nivel 2:
- temperatura máxima en el colector de escape =
800ºC
- exoterma máxima en el catalizador = 150ºC
- temperatura máxima en la salida del
catalizador = 710ºC
- temperatura interna máxima en el catalizador =
760ºC
- proporción mínima de oxígeno en los gases de
salida del catalizador = 3%
\vskip1.000000\baselineskip
a los criterios siguientes de una estrategia de
nivel 2 sobrecalibrado:
- temperatura máxima en el colector de escape =
830ºC
- exoterma máxima en el catalizador = 200ºC
- temperatura máxima en la salida del
catalizador = 730ºC
- temperatura interna máxima en el catalizador =
sin valor máximo
- proporción mínima de oxígeno en los gases de
salida del catalizador = 2%
Con los resultados siguientes:
Cae de su peso que pueden preverse diferentes
modos de realización de este sistema y que los medios de
descontaminación pueden constar de un filtro de partículas, como
por ejemplo un filtro de partículas catalizado, o incluso una
trampa de NOx.
Además, el carburante también puede contener un
aditivo destinado a depositarse, con las partículas con las que se
mezcla, en los medios de descontaminación, para facilitar la
regeneración de los mismos.
Estos medios de descontaminación también pueden
estar impregnados con una formulación SCR, que garantice una
función de oxidación CO/HC de la manera clásica.
Pueden preverse otros medios que compongan el
catalizador de oxidación, y los medios de descontaminación y los
medios que componen el catalizador de oxidación pueden estar
integrados en un solo y mismo elemento, especialmente en el mismo
sustrato.
A título de ejemplo, puede preverse un filtro de
partículas que integre la función de oxidación.
De la misma manera, puede igualmente preverse
una trampa de NOx integrante de dicha de función de oxidación, esté
aditivada o no.
Esta función de oxidación y/o de trampa de NOx
puede rellenarse, por ejemplo, con un aditivo mezclado con el
carburante.
Claims (13)
1. Sistema de ayuda a la regeneración de medios
de descontaminación (1) asociados medios que componen el catalizador
de oxidación (2) e integrados en una línea de escape (3) de un
motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor (4) está
asociado a medios (7, 8) de rampa común de alimentación de
carburante de los cilindros del motor, adaptados, mediante
modificación de parámetros de control del funcionamiento del motor
(4) y poniendo en práctica postinyecciones de carburante en los
cilindros de este, para hacer que el motor varíe entre cuatro
estrategias de regeneración de los medios de descontaminación (1),
la primera estrategia llamada estrategia de funcionamiento normal
(10) del motor, la segunda estrategia llamada estrategia de nivel 1
(11), la tercera estrategia llamada estrategia de nivel 2 (12) y la
cuarta estrategia llamada estrategia de nivel 2 sobrecalibrado
(13), que permiten obtener distintos niveles térmicos en la línea de
escape (3), siendo el nivel térmico obtenido mediante la aplicación
de la estrategia de nivel 2 sobrecalibrado (13) superior al obtenido
mediante la aplicación de la estrategia de nivel 2 (12), que a su
vez es superior al obtenido mediante la aplicación de la estrategia
de nivel 1 (11), que a su vez es superior al obtenido mediante la
aplicación de la estrategia normal, estando los medios de
alimentación (7) conectados con medios (8) de detección de una
petición de regeneración de los medios de descontaminación (1) para
gobernar los medios de alimentación (7) a fin de aplicar un
funcionamiento del motor según la estrategia de nivel 1 (11) tras
la detección de esta petición, con medios (8, 17, 18) de vigilancia
del estado de cebado de los medios que componen el catalizador (2)
para aplicar la estrategia de nivel 2 sobrecalibrado (13) tan
pronto como son activados dichos medios que componen el catalizador
de oxidación, con medios (8, 16) de adquisición del nivel térmico
existente dentro de la línea de escape (3) para aplicar la
estrategia de nivel 2 (12) del motor cuando este nivel térmico
rebasa una temperatura predeterminada de objetivo, durante un
primer período predeterminado de tiempo, o para interrumpir la
regeneración si no se ha alcanzado esta temperatura antes de la
expiración de un segundo período máximo predeterminado de tiempo, y
caracterizado porque los medios de alimentación (7) están
conectados con medios de vigilancia (8) del funcionamiento en nivel
2 (12) del motor para gobernar un funcionamiento del motor:
- -
- en nivel 2 sobrecalibrado (13) si el nivel térmico existente dentro de la línea de escape (3) desciende por debajo de un umbral de temperatura baja predeterminada durante un tercer período de tiempo, o
- -
- en nivel 1 (11) si el nivel térmico existente dentro de la línea de escape (3) supera un umbral de temperatura alta predeterminada durante un cuarto período de tiempo,
- -
- mantener este funcionamiento del motor según esta estrategia de nivel 1 durante un quinto período de tiempo predeterminado de activación (en 31) o hasta el momento en que el nivel térmico existente dentro de la línea de escape vuelva a bajar por debajo del umbral de temperatura alta menos un desfase de histéresis durante un sexto período de tiempo (en 32),
- -
- gobernar (en 33) un funcionamiento del motor según la estrategia normal (10) en el caso en que el nivel térmico existente dentro de la línea de escape (3) no vuelva a bajar por debajo del umbral de temperatura alta menos el desfase de histéresis al final de un séptimo período máximo de tiempo de refrigeración hasta que el nivel térmico existente dentro de la línea de escape vuelva a bajar por debajo de este umbral de temperatura alta menos el desfase de histéresis durante el sexto período de tiempo (en 34),
- -
- y esto, con repetición de las estrategias, hasta la detección de una petición de detención (en 36) de la regeneración por los medios de detección.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque las temperaturas de objetivo, alta y
baja son calibrables.
3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque los períodos de tiempo son
calibrables.
4. Sistema según la reivindicación 1, 2 ó 3,
caracterizado porque los valores de histéresis son
calibrables.
5. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende
medios (15) de emisión de la petición de regeneración y de
detención de esta.
6. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de vigilancia del estado de cebado de los medios que componen el
catalizador (2) y de adquisición del nivel térmico existente dentro
de la línea de escape (3), comprenden captadores de temperatura (16,
17, 18).
7. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) comprenden un filtro de partículas.
8. Sistema según la reivindicación 7,
caracterizado porque el filtro de partículas está
catalizado.
9. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) comprenden una trampa de NOx.
10. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
carburante contiene un aditivo destinado a depositarse, con
partículas con las que se mezcla, en los medios de descontaminación
(1), para facilitar la regeneración de los mismos.
11. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
carburante contiene un aditivo que forma una trampa de NOx.
12. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) están impregnados con una formulación SCR
que asegura una función de oxidación CO/HC.
13. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el motor
(4) está asociado a un turbocompresor (5, 6).
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