ES2310771T3 - Sistema de ayuda para la regeneracion de medios de descontaminacion de un motor de vehiculo. - Google Patents

Sistema de ayuda para la regeneracion de medios de descontaminacion de un motor de vehiculo. Download PDF

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Abstract

Sistema de ayuda para la regulación de medios de descontaminación (1) asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación (2), e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el cual el motor está asociado a unos medios (7) de alimentación con batería común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, en isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y segundo niveles (10, 11), según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel (10) superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel (11), caracterizado porque comprende unos medios (9) de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2), unos medios de comparación (8) de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad (umbral-secu) de los medios que forman el catalizador (2), para, en caso de sobrepasado de este valor de umbral, cuando tiene lugar la aplicación de la estrategia de segundo nivel (10), mandar los medios de alimentación (7) para regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2) y si este nivel no ha bajado de nuevo por debajo del valor del umbral al cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación (7) para bascular hacia la estrategia de primer nivel (11) y si este nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador no ha bajado siempre por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo, parar la estrategia de regeneración, porque los medios de alimentación (7) están adaptados para utilizar dos postinyecciones sucesivas, y porque cuando tiene lugar dicha regulación progresiva de por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, los medios de alimentación (7) reducen progresivamente el caudal de carburante de la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia (NT) y el valor de umbral de seguridad (umbral-secu).

Description

Sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación de un motor de vehículo.
La presente invención se refiere a un sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación, e integrados en una línea de motor Diesel de vehículo automóvil.
Para unos ejemplos de dichos sistemas, se podrá por ejemplo hacer referencia a los documentos DE 100 33 159 y FR 2 804 168.
Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de este tipo en el cual el motor está asociado a unos medios de alimentación con batería común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, con isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y de segundo niveles, según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel.
Cuando tiene lugar la regeneración de medios de descontaminación, tal como un filtro de partículas, un catalizador de oxidación después de un envenenamiento por azufre, una trampa con NOx para una desulfuración o una trampa de SOx, es necesario elevar en gran manera la temperatura de los gases de escape del motor a fin de obtener una regeneración rápida y así minimizar el sobreconsumo de carburante asociado a esta regeneración.
Ahora bien, esto necesita aumentar en gran manera la temperatura a la entrada de los medios que forman el catalizador.
Algunas estrategias descansan también en la utilización de la conversión de los hidrocarburos no quemados que provienen de la combustión en el motor, por unos medios que forman un catalizador, para elevar también el nivel térmico en la línea de escape.
Sin embargo, unos niveles de exotermia catalítica demasiado elevados pueden conducir a la rotura de los medios que forman el catalizador en el peor de los casos o a un envejecimiento prematuro de estos y por tanto a una degradación de las prestaciones de conversión de estos.
Es por tanto necesario controlar bien la exotermia catalítica producida cuando tiene lugar la regeneración.
El objetivo de la invención es por tanto resolver estos problemas.
A este fin, la invención tiene por objeto un sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación, e integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil, en el cual el motor está asociado a unos medios de alimentación con batería común de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, con isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y de segundo niveles, según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel, caracterizado porque comprende unos medios de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador, unos medios de comparación de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad unos medios que forman el catalizador, para, en caso de sobrepasado de este valor de umbral, cuando tiene lugar la estrategia de segundo nivel, mandar los medios de alimentación para regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, de manera que reduzca el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador y si este nivel es bajado de nuevo por debajo del valor de umbral al cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación para bascular hacia la estrategia de primer nivel y si este nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador no es siempre rebajado de nuevo por debajo del valor de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo, parar la estrategia de regeneración; porque los medios de alimentación están adaptados para utilizar dos postinyecciones sucesivas, porque cuando tiene lugar dicha regulación progresiva de por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, los medios de alimentación reducen progresivamente el caudal de carburante de la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia y el valor de umbral de seguridad.
Según otras características:
- el factor corrector es determinado por un regulador del tipo PI de ganancia no lineal;
- los medios de adquisición del nivel de exotermia comprenden dos sensores de temperatura, uno dispuesto corriente arriba y el otro corriente abajo de los medios que forman el catalizador;
- el motor es un motor Diesel asociado a un turbocompresor;
- el valor de umbral de seguridad es calibrable;
- los medios de descontaminación comprenden un filtro de partículas;
- los medios de descontaminación comprenden una trampa para NOx;
- los medios de descontaminación comprenden una trampa para SOx;
- los medios de descontaminación comprenden un catalizador de oxidación;
- el carburante comprende un aditivo destinado a depositarse con las partículas a las cuales está mezclado, sobre los medios de descontaminación para facilitar su regeneración;
- el carburante comprende un aditivo que forma una trampa para NOx.
La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción siguiente, proporcionada únicamente a título de ejemplo y con referencia a los planos anexos, en los que:
- la fig 1 representa un esquema sinóptico que ilustra la estructura de un sistema de ayuda para la regeneración según la invención; y
- la fig 2 ilustra el funcionamiento de medios de mando que entran en la constitución de dicho sistema de ayuda para la regeneración.
Se ha ilustrado en efecto en la figura 1, un sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación designados por la referencia general 1, asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación designados por la referencia general 2, integrados en una línea de escape designada por la referencia general 3, de un motor Diesel 4 de vehículo automóvil.
Los medios que forman el catalizador están dispuestos corriente arriba de los medios de descontaminación.
El motor puede estar asociado a un turbo compresor cuya porción de turbina 5 está dispuesta en la línea de escape y cuya porción de compresor 6 está dispuesta corriente arriba del motor.
Los medios de descontaminación pueden por ejemplo comprender un filtro de partículas, una trampa para NOx, un catalizador de oxidación, una trampa para SOx, etc..
Se observará también que de forma clásica, el carburante puede comprender un aditivo destinado a depositarse con las partículas a las cuales está mezclado, sobre los medios de descontaminación para facilitar su regeneración rebajando la temperatura de combustión de los hollines atrapados en estos.
De forma clásica, este aditivo está en efecto presente en las partículas después de combustión del carburante aditivado en el motor.
Un aditivo que forma una trampa para NOx puede también ser previsto.
El motor está también asociado a unos medios de alimentación con batería común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección.
Estos medios están designados por la referencia general 7 en esta figura y están asociados a unos medios de mando designados por la referencia general 8, para utilizar, con isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y de segundo niveles, según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel.
Esto se realiza entonces modificando los parámetros de control de funcionamiento del motor, tales por ejemplo el aire de admisión, por regulación de la mariposa de admisión en el motor, por regulación de la presión de consigna del turbocompresor o por regulación de la cantidad de carburante inyectada en el motor, por ejemplo cuando tiene lugar unas postinyecciones de forma clásica.
Se sabe en efecto que la regeneración de dichos medios de descontaminación se realiza por utilización de inyecciones múltiples en los cilindros del motor, en particular durante sus fases de expansión.
A fin de limitar la intensidad de la exotermia cuando tiene lugar la regeneración, los medios de mando utilizan de forma permanente un control de la diferencia de las temperaturas en los extremos del sistema de catálisis o de cada elemento del sistema de catálisis, siendo esta diferencia el reflejo del nivel de exotermia, para adaptar las características de las diferentes inyecciones (caudal, inicio de inyección etc..), a fin de reducir el nivel de exotermia de estos medios que forman la catálisis cuando es demasiado elevado.
De hecho, este sistema comprende unos medios de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador, designados por la referencia general 9 en esta figura, unos medios de comparación de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad de estos medios que forman el catalizador, constituidos por los medios de mando 8, para, en caso de sobrepasado de este valor de umbral cuando tiene lugar la aplicación de la estrategia del segundo nivel, designada por la referencia general 10, mandar los medios de alimentación 7 a fin de regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador, y si este nivel no es bajado de nuevo por debajo del valor de umbral al cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación para bascular hacia la estrategia de primer nivel, designada por la referencia general 11 y si este nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador no es siempre bajado de nuevo por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo predeterminado, parar la estrategia de regeneración.
De hecho, los medios de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador pueden comprender dos sensores de temperatura 9a, 9b, uno dispuesto corriente arriba y el otro corriente abajo de estos medios que forman el catalizador.
La regulación está ilustrada en la figura 2, donde se puede constatar que un comparador designado por la referencia general 12 recibe de entrada, el valor de umbral de seguridad umbral-secu. de los medios que forman el catalizador y el nivel térmico NT de los medios que forman el catalizador adquirido como se ha descrito anteriormente.
La salida de este comparador 12 está conectada a un regulador de tipo PI con ganancia no lineal designado por la referencia general 13, adaptado para suministrar una información de corrección a un corrector 14 para reducir progresivamente el caudal de carburante de una segunda postinyección en el caso en que los medios de alimentación 7 están adaptados para realizar dos postinyecciones sucesivas.
Se concibe entonces que, en este caso, los medios de alimentación 7 están adaptados para reducir el caudal de la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador NT y el valor de umbral de seguridad umbral-secu.
Desde luego, el valor de umbral de seguridad puede ser calibrable.
Se concibe entonces que el objetivo de ese sistema es limitar el nivel de exotermia producido en los medios que forman el catalizador 2 a fin de preservar la integridad de estos y de limitar el fenómeno de envejecimiento que altera las prestaciones de conversión de estos.
Estos picos de temperatura excesiva únicamente pueden producirse cuando el sistema de ayuda para la regeneración funciona en nivel 2.
Comparando la exotermia medida instantánea con un umbral, se determina si hay sobrepasado de una exotermia crítica o no.
A continuación, en función de la diferencia con respecto al umbral, se modifica la estrategia de ayuda para la regeneración (caudal y puesta en fase de las diferentes inyecciones) par disminuir esta exotermia permaneciendo sin embargo en isopar, por ejemplo reduciendo el caudal de postinyección.
En el ejemplo descrito, la estrategia de regeneración utiliza unas inyecciones múltiples y en particular dos postinyecciones. El calibrado puede entonces realizarse de tal manera que la cantidad de carburante utilizada para la segunda postinyección, modifica la cantidad de HC producida, pero no tiene influencia sobre el par motor.
Así, reduciendo el caudal de la postinyección nº 2, se reduce la cantidad de HC emitida por el motor y por consiguiente se disminuye la exotermia catalítica generada por estos hidrocarburos no quemados en los medios que forman el catalizador.
La corrección sobre la cantidad de carburante en postiyección es realizada en tanto la exotermia de los medios que forman el catalizador permanece por encima del umbral de seguridad. Si, a pesar de la reducción de las cantidades inyectadas, la exotermia no desciende de nuevo por debajo del umbral al cabo de un primer periodo de tiempo, entonces se fuerza el sistema a bascular sobre la estrategia de nivel 1, utilizada cuando los medios que forman el catalizador no están cebados y no producen casi HC.
Si, incluso después de haber basculado sobre esta estrategia de nivel 1, la exotermia permanece excesiva durante un periodo de tiempo predeterminado, entonces se corta la regeneración.
Así, si la exotermia catalizador DTcata, medida por la diferencia entre la temperatura corriente abajo y corriente arriba de los medios que forman el catalizador, sobrepasa de un umbral calibrable DT cata.max, mientras el caudal de la postinyección nº 2 es progresivamente reducido multiplicándolo por un factor corrector comprendido entre 0 y 1, Kcata, dado por un regulador del tipo PI con ganancia no lineal en función de la diferencia de temperatura Dexot cata=DTcata.-DT.cata.max.
Un contador de tiempo tst es entonces disparado desde que Dexot.cata>0. Al cabo de un tiempo calibrable tsecucata, el sistema de ayuda para la regeneración es forzado a nivel 1 durante un tiempo mínimo calibrable tniv1cata. Si, al cabo de ese tiempo tniv1cata, la exotermia no ha bajado de nuevo por debajo del umbral de seguridad DTcata.max, entonces la regeneración es parada.
Se concibe entonces que dicho sistema permite garantizar la seguridad de funcionamiento de los medios que forman el catalizador.
Desde luego, otros modos de realización pueden ser previstos.
Así, por ejemplo, los medios de descontaminación y los medios que forman el catalizador de oxidación pueden estar integrados en un solo y único elemento, en particular sobre un mismo sustrato.
A título de ejemplo, un filtro de partículas que integra la función de oxidación puede estar previsto.
Asimismo, una trampa para NOx que integra dicha función de oxidación puede también estar prevista, ya este esté aditivado o no.
Esta función de oxidación y/o de trampa de NOx puede ser realizada por ejemplo con un aditivo mezclado con el carburante.
Finalmente, los medios de descontaminación pueden también comprender un catalizador de oxidación o una trampa de SOx.

Claims (11)

1. Sistema de ayuda para la regulación de medios de descontaminación (1) asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación (2), e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el cual el motor está asociado a unos medios (7) de alimentación con batería común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, en isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y segundo niveles (10, 11), según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel (10) superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel (11), caracterizado porque comprende unos medios (9) de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2), unos medios de comparación (8) de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad (umbral-secu) de los medios que forman el catalizador (2), para, en caso de sobrepasado de este valor de umbral, cuando tiene lugar la aplicación de la estrategia de segundo nivel (10), mandar los medios de alimentación (7) para regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2) y si este nivel no ha bajado de nuevo por debajo del valor del umbral al cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación (7) para bascular hacia la estrategia de primer nivel (11) y si este nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador no ha bajado siempre por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo, parar la estrategia de regeneración,
porque los medios de alimentación (7) están adaptados para utilizar dos postinyecciones sucesivas,
y porque cuando tiene lugar dicha regulación progresiva de por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, los medios de alimentación (7) reducen progresivamente el caudal de carburante de la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia (NT) y el valor de umbral de seguridad (umbral-secu).
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el factor corrector es determinado por un regulador de tipo PI con ganancia no lineal (13).
3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios (9) de adquisición del nivel de exotermia comprenden dos sensores de temperatura (9a, 9b), uno dispuesto corriente arriba y el otro corriente abajo de los medios que forman el catalizador (2).
4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor (4) es un motor Diesel asociado a un turbocompresor (5, 6).
5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor de umbral de seguridad (umbral-secu) es calibrable.
6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de descontaminación (1) comprenden un filtro de partículas.
7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de descontaminación (1) comprenden una trampa para NOx.
8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de descontaminación comprenden una trampa para SOx.
9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de descontaminación (1) comprenden un catalizador de oxidación.
10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el carburante comprende un aditivo destinado a depositarse con las partículas a las cuales está mezclado, sobre los medios de descontaminación (1) para facilitar su regeneración.
11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el carburante comprende un aditivo que forma una trampa para NOx.
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