ES2293598T3 - Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion asociados a medios que forman un catalizador. - Google Patents

Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion asociados a medios que forman un catalizador. Download PDF

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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:
1
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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