ES2318367T3 - Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion integrados en una linea de escape de un vehiculo. - Google Patents

Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion integrados en una linea de escape de un vehiculo. Download PDF

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Abstract

Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (4) asociados a medios que forman catalizador de oxidación (3), integrados en una línea de escape (2) de un motor Diesel (1) de vehículo automóvil y en el cual el motor (1) está asociado a medios (5) de rampa común de alimentación de carburante en los cilindros de éste, adaptados para poner en práctica una estrategia de isopar de regeneración por inyección de carburante en los cilindros del motor, según al menos una post-inyección, caracterizado porque comprende medios (7, 8, 9) de detección de una fase de levantamiento del pie del acelerador del vehículo y/o de ralentí del motor de éste y medios (6) de análisis del estado de activación de los medios que forman catalizador (3), para gobernar los medios (5) de rampa común de alimentación de carburante con el fin de regular la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección, en función del estado de activación de los medios que forman catalizador (3); porque los medios de análisis (6) del estado de activación de los medios que forman catalizador (3) están unidos a captadores de temperatura (10, 11) aguas arriba y aguas abajo de estos, para determinar un punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador y comprenden medios de determinación (6) a partir de este punto de funcionamiento, del estado de activación de estos; porque los medios de determinación (6) del estado de activación de los medios que forman catalizador (3) están adaptados para comparar el punto de funcionamiento de estos medios con dos curvas de transición de estado de activación predeterminadas (C1, C2) que definen zonas de estado no-activado, activado y activado-sin riesgo de desactivación de los medios que forman catalizador (3) y para validar un estado al final de un primer período de tiempo predeterminado de confirmación en este estado de los medios que forman catalizador; y porque, cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado activado-sin riesgo de desactivación, los medios (5) de rampa común están adaptados para inyectar una cantidad nominal de carburante durante la postinyección o cada post-inyección, cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado activado, los medios (5) de rampa común están adaptados para reducir la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección según un factor multiplicativo, función del desvío entre el punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador (3) y la curva correspondiente de transición entre un estado activado y un estado no-activado (C1), y cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado no-activado, los medios (5) de rampa común están adaptados para limitar la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección a un valor mínimo predeterminado.

Description

Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación integrados en una línea de escape de un ve-
hículo.
La presente invención se refiere a un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación asociados a medios que forman catalizador de oxidación, integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil.
De modo más particular, la invención se refiere a motores de este tipo asociados a medios de rampa común de alimentación de carburante en sus cilindros, adaptados para poner en práctica una estrategia de isopar de regeneración por inyección de carburante en los cilindros del motor según al menos una post-inyección.
En el estado de la técnica, como el documento EP1281852, se conoce, en efecto, asegurar la regeneración de medios de descontaminación utilizando una o varias post-inyecciones de carburante en los cilindros del motor, es decir, inyecciones de carburante durante la fase de expansión de estos.
Sin embargo, durante la regeneración de medios de descontaminación que comprenden, por ejemplo, un filtro de partículas, las fases de levantamiento del pie del acelerador del vehículo, en el transcurso de las cuales no hay inyección de carburante en funcionamiento normal, y de ralentí, en el transcurso de las cuales la temperatura de los gases de escape es muy baja, son problemáticas, porque éstas hacen caer la temperatura de la línea de escape y de los diferentes medios integrados en ésta.
La utilización de una o varias post-inyecciones durante estas fases de la vida del motor, permite, entonces, limitar la caída de temperatura de esta línea de escape basándose en la conversión catalítica de los HC (hidrocarburos) producidos por la combustión en el motor de esta post-inyección o de estas post-inyecciones.
El inconveniente de estas estrategias es que se basan en el exotermo producido por los medios que forman catalizador de oxidación, estando formados estos medios, por ejemplo, por un catalizador de oxidación o una trampa de NOx con una función de oxidación CO/HC, considerándose entonces que estos medios que forman catalizador están activados.
Durante las fases de retorno al ralentí, no hay inyección principal ni inyección piloto, de modo que la post-inyección o las post-inyecciones no se queman dentro del cilindro. Éstas solamente hacen vaporizar carburante en forma de HC que son convertidos por los medios que forman catalizador. La temperatura en la entrada de los medios que forman catalizador de oxidación es entonces muy baja y a pesar del exotermo catalítico producido por la combustión de los HC que provienen de la post-inyección o de estas post-inyecciones, la cara delantera de los medios que forman catalizador se enfría progresivamente y su actividad de conversión se desactiva progresivamente. Durante una fase prolongada de retorno del motor al ralentí, puede entonces que los medios que forman catalizador no estén suficientemente activos para convertir todos los HC, lo que se traduce en picos de HC aguas abajo de los medios que forman catalizador, o también en humos azules y/o en olores en el escape.
El objeto de la invención es, por tanto, resolver estos problemas.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación asociados a medios que forman catalizador de oxidación, integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil y en el cual el motor está asociado a medios de rampa común de alimentación de carburante en los cilindros de éste, adaptados para poner en práctica una estrategia de isopar de regeneración por inyección de carburante en los cilindros del motor, según al menos una post-inyección, caracterizado porque comprende medios de detección de una fase de levantamiento del pie del acelerador del vehículo o de ralentí del motor de éste y medios de análisis del estado de activación de los medios que forman catalizador, para gobernar los medios de rampa común de alimentación de carburante con el fin de regular la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección, en función del estado de activación de los medios que forman catalizador;
porque los medios de análisis del estado de activación de los medios que forman catalizador están unidos a captadores de temperatura aguas arriba y aguas abajo de estos, para determinar un punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador, y comprenden medios de determinación, a partir de este punto de funcionamiento, del estado de activación de estos;
porque los medios de determinación del estado de activación de los medios que forman catalizador están adaptados para comparar el punto de funcionamiento de estos medios con dos curvas de transición de estado de activación predeterminadas, que definen zonas de estado no-activado, activado y activado- sin riesgo de desactivación de los medios que forman catalizador y para validar un estado al final de un primer período de tiempo predeterminado de confirmación en este estado de los medios que forman catalizador; y
porque, cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado-sin riesgo de desactivación, los medios de rampa común están adaptados para inyectar una cantidad nominal de carburante durante la post-inyección o cada post-inyección, cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado, los medios de rampa común están adaptados para reducir la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección, según un factor multiplicativo, función del desvío entre el punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador y la curva correspondiente de transición entre un estado activado y un estado no-activado, y cuando los medios que forman catalizador están en un estado no-activado, los medios de rampa común están adaptados para limitar la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección a un valor mínimo predeterminado.
De acuerdo con otras características:
- para confirmar el estado, se utilizan desvíos de histéresis diferentes según el sentido de las transiciones de un estado a otro de los medios que forman catalizador;
- los medios de determinación están adaptados para mantener una información de estado no-activado de los medios que forman catalizador, durante un segundo período de tiempo predeterminado, una vez que el punto de funcionamiento de estos haya rebasado la curva de transición correspondiente no-activado-activado;
- los períodos de tiempo y los desvíos de histéresis son calibrables;
- el valor mínimo es igual a 0;
- los medios de alimentación de rampa común están adaptados para poner en funcionamiento varias post-inyecciones de carburante y la cantidad de carburante inyectado durante cada post-inyección cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado, es regulada independientemente de la cantidad de carburante inyectado de la otra post-inyección;
- el motor está asociado a un turbocompresor;
- los medios de descontaminación comprenden un filtro de partículas;
- los medios de descontaminación comprenden una trampa de NOx;
- el carburante comprende un aditivo destinado a depositarse con las partículas con las cuales se mezcla, en los medios de descontaminación para facilitar su regeneración; y
- el carburante comprende un aditivo que una forma trampa de NOx.
La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 representa un esquema sinóptico que ilustra la estructura general de un sistema de ayuda a la regeneración de acuerdo con la invención;
- la figura 2 ilustra curvas utilizadas en un sistema de acuerdo con la invención para determinar el estado de activación de los medios que forman catalizador de oxidación integrados en un sistema de acuerdo con la invención;
- la figura 3 ilustra un ejemplo de realización de medios de regulación que entran en la constitución de un sistema de acuerdo con la invención; y
- la figura 4 ilustra el funcionamiento de estos medios.
En la figura 1, se ha ilustrado, en efecto, un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación integrados en una línea de escape de un motor de vehículo.
En esta figura, el motor está designado con la referencia general 1, siendo este motor un motor Diesel de vehículo automóvil y estando asociado a una línea de escape designada por la referencia general 2, en la cual están integrados medios que forman catalizador de oxidación designados por la referencia general 3 y medios de descontaminación designados por la referencia general 4 que comprenden, por ejemplo, un filtro de partículas.
Los medios que forman catalizador de oxidación están colocados, por ejemplo, aguas arriba de los medios de descontaminación.
El motor está asociado, igualmente, a medios de rampa común de alimentación de carburante en los cilindros de éste, designados por la referencia general 5 y adaptados para poner en práctica una estrategia de isopar de regeneración por inyección de carburante en los cilindros del motor, según al menos una post-inyección.
El funcionamiento de estos medios es controlado por una unidad de tratamiento de informaciones designada por la referencia general 6.
Esta unidad de tratamiento de informaciones 6 está unida a medios de detección de una fase de levantamiento del pie del acelerador del vehículo o de ralentí del motor de éste. Así, por ejemplo, la unidad de tratamiento de informaciones está conectada a un captador 7 de detección de un levantamiento del pie del acelerador 8, mientras que medios de detección 9 están asociados igualmente a ésta para detectar una fase de ralentí del motor del vehículo.
Estos medios presentan cualquier estructura apropiada.
La unidad de tratamiento de informaciones 6 está, igualmente, unida a captadores de temperatura, respectivamente 10 y 11, colocados aguas arriba y aguas abajo de los medios que forman catalizador 3.
De hecho, la unidad de tratamiento de informaciones 6 está adaptada para gobernar los medios 5 de rampa común de alimentación de carburante con el fin de regular la cantidad de carburante inyectada durante la post-inyección o cada post-inyección, en función del estado de activación de los medios que forman catalizador 3.
Esta unidad comprende, entonces, medios de análisis del estado de activación de los medios que forman catalizador, que comprenden los dos captadores de temperatura 10 y 11 aguas arriba y aguas abajo de estos, para permitir a la unidad 6 determinar un punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador y determinar a partir de este punto de funcionamiento el estado de activación de estos.
La unidad de tratamiento de informaciones 6 realiza entonces esta determinación utilizando curvas tales como las ilustradas en la figura 2.
A tal efecto, estos medios están adaptados para comparar el punto de funcionamiento tal como se determinó anteriormente a partir de las temperaturas medidas aguas arriba y aguas abajo de los medios que forman catalizador, con dos curvas de transición de estado de activación predeterminadas, C1 y C2, que definen zonas de estado no-activado 1, activado 2 y activado-confirmado 3 de los medios que forman catalizador y para validar un estado al final de un primer período de tiempo predeterminado de confirmación en este estado de los medios que forman catalizador.
La curva C1 es, entonces, una curva de transición entre un estado de catalizador no-activado y un estado de catalizador activado. La curva C2 es, entonces, una curva de transición entre un estado de catalizador activado y un estado de catalizador activado-confirmado.
Para confirmar el estado, pueden utilizarse desvíos de histéresis diferentes según el sentido de las transiciones de un estado a otro de los medios que forman catalizador.
Además, los medios de determinación formados por la unidad 6 están adaptados para mantener una información de estado no-activado de los medios que forman catalizador, durante un segundo período de tiempo predeterminado después de que el punto de funcionamiento de estos haya rebasado la curva C1 de transición correspondiente no-activado-activado.
Hay que observar que estos períodos de tiempo y estos desvíos de histéresis pueden ser calibrables y permiten fiabilizar la información relativa al estado de los medios que forman catalizador.
Esto está ilustrado en la figura 3, en la que se reconoce la unidad de tratamiento de informaciones 6 que recibe en la entrada las informaciones de temperatura antes y después de los medios que forman catalizador y que ponen en práctica las curvas de transición C1 y C2 descritas anteriormente. A la salida, esta unidad 6 está adaptada entonces para gobernar los medios 5 de rampa común de alimentación con el fin de regular la cantidad de carburante inyectado en función del estado de activación de estos medios que forman catalizador por intermedio de medios de regulación 6a, como se describirá más en detalle en lo que sigue.
Así, por ejemplo, y como está ilustrado en la figura 4, después de la detección de una fase de levantamiento del pie del acelerador del vehículo o de ralentí del motor de éste, tal como está designada por la referencia general 12, la unidad de tratamiento de informaciones 6 está adaptada para determinar el estado de activación de los medios que forman catalizador durante la etapa 13, como se describió anteriormente.
En función de esta adquisición, la unidad de tratamiento de informaciones detecta entonces, en 14, 15 o 16, respectivamente, un estado no-activado, activado o activado-confirmado de los medios que forman catalizador.
Cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado-confirmado, los medios 5 de rampa común están adaptados para inyectar, en 17, una cantidad nominal de carburante durante la post-inyección o cada post-inyección. Por el contrario, cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado, los medios de rampa común están adaptados para reducir, en 18, la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección según un factor multiplicativo (comprendido entre 0 y 1) función del desvío entre el punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador y la curva correspondiente de transición C1 entre un estado activado y un estado no-activado. Finalmente, cuando los medios que forman catalizador están en un estado no-activado, los medios 5 de rampa común están adaptados para limitar, en 19, la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección a un valor mínimo predeterminado, pudiendo ser este valor mínimo predeterminado, por ejemplo, igual a 0.
En el caso en que los medios de alimentación de rampa común estén adaptados para poner en funcionamiento, de modo clásico, varias post-inyecciones de carburante sucesivas, la cantidad de carburante inyectado durante cada post-inyección cuando los medios que forman catalizador están en un estado activado, es regulada independientemente de la cantidad de carburante inyectado de la otra post-inyección.
Naturalmente, pueden estar previstas varias disposiciones.
Así, por ejemplo, el motor puede estar asociado a un turbocompresor. Los medios de descontaminación pueden comprender un filtro de partículas, una trampa de NOx, etc.
Finalmente, y de modo clásico, el carburante puede comprender, igualmente, un aditivo destinado a depositarse con las partículas con las cuales se mezcla, en los medios de descontaminación para facilitar su regulación disminuyendo la temperatura de combustión del hollín atrapado en éste.
En efecto, de modo clásico, este aditivo, está presente en las partículas después de la combustión dentro del motor del carburante con el aditivo añadido.
Puede considerarse, igualmente, un aditivo que forme una trampa de NOx.
Se concibe, entonces, que el objetivo de este sistema es determinar si los niveles térmicos de los medios que forman catalizador permiten convertir los hidrocarburos no quemados procedentes de la cámara de combustión. El estado activado de los medios que forman catalizador sirve para poner en funcionamiento las transiciones entre los diferentes niveles de ayuda a la regeneración, es decir, los diferentes niveles de post-inyecciones. Cuando los medios que forman catalizador no están activados, la post-inyección o cada post-inyección están calibradas de tal modo que éstas producen únicamente una cantidad muy limitada, incluso nula, de hidrocarburos no quemados. Sin embargo, los niveles térmicos son más elevados que en funcionamiento normal sin regeneración y permiten activarse a los medios que forman catalizador.
Cuando los medios que forman catalizador de oxidación están activados, la post-inyección o cada post-inyección pueden producir HC que son convertidos en los medios que forman catalizador y generan un exotermo que eleva los niveles térmicos a la entrada de los medios de descontaminación colocados aguas abajo de estos medios que forman catalizador.
Así, esta función permite pasar el menor tiempo posible en un estado de catalizador no-activado con el fin de que la ayuda a la regeneración sea lo más eficaz posible.
Pueden definirse tres estados de los medios que forman catalizador:
- un estado de catalizador no-activado en el cual el nivel térmico de los medios que forman catalizador es insuficiente para convertir los hidrocarburos no quemados que provienen de la combustión de la post-inyección dentro del cilindro;
- un estado de catalizador activado en el cual estos medios convierten los hidrocarburos no quemados que provienen de la cámara de combustión; y
- un estado de catalizador activado-confirmado en el cual los medios que forman catalizador están activados y no presentan ningún riesgo de desactivación súbita, especialmente durante las fases de levantamiento del pie del acelerador (cuando sólo se aplica una post-inyección sin inyección piloto ni principal) y/o de ralentí. Esto permite evitar el riesgo de emisión de bocanadas de humo en el escape.
El estado de activación del catalizador se determina, entonces, a partir de las temperaturas medidas en la línea de escape aguas arriba y aguas abajo de los medios que forman catalizador. La transición entre estados se obtiene después de un tiempo de confirmación en un estado, es decir, que para una temperatura predeterminada aguas arriba del catalizador, la temperatura aguas abajo de éste es superior al valor determinado por la curva de transición correspondiente durante un período de tiempo mínimo calibrable. El recuento del tiempo de salida de un estado se hace por intermedio de otro período de tiempo calibrable. Para diferenciar los frentes ascendentes de los frentes descendentes para los cambios de estados, se utilizan histéresis calibrables. Un tiempo de imposición en un nivel determinado permite forzar el sistema, antes de autorizar el paso al otro nivel por la curva de transición.
De hecho, el objetivo de este sistema es limitar los caudales de las post-inyecciones en un estado de levantamiento del pie del acelerador del vehículo y/o de ralentí, cuando los medios que forman catalizador se aproximan al límite de desactivación.
Gracias a un sistema de este tipo, es posible, entonces, limitar al máximo los picos de HC y las emisiones de humos y de olores durante las fases de levantamiento del pie del acelerador del vehículo y/o de ralentí.
Esto permite, igualmente, limitar el envejecimiento térmico de los medios que forman catalizador por una limitación del exotermo catalítico.
Naturalmente, pueden considerarse otros modos de realización.
Así, por ejemplo, los medios de descontaminación y los medios que forman catalizador de oxidación pueden estar integrados en un solo y mismo elemento, especialmente en un mismo substrato.
A título de ejemplo, puede considerarse un filtro de partículas que integre la función de oxidación.
Asimismo, puede considerarse, igualmente, una trampa de NOx que integre una función de oxidación de este tipo, con o sin aditivo. Esta función de oxidación y/o de trampa de NOx puede ser realizada, por ejemplo, por un aditivo mezclado con el carburante.

Claims (11)

1. Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (4) asociados a medios que forman catalizador de oxidación (3), integrados en una línea de escape (2) de un motor Diesel (1) de vehículo automóvil y en el cual el motor (1) está asociado a medios (5) de rampa común de alimentación de carburante en los cilindros de éste, adaptados para poner en práctica una estrategia de isopar de regeneración por inyección de carburante en los cilindros del motor, según al menos una post-inyección, caracterizado porque comprende medios (7, 8, 9) de detección de una fase de levantamiento del pie del acelerador del vehículo y/o de ralentí del motor de éste y medios (6) de análisis del estado de activación de los medios que forman catalizador (3), para gobernar los medios (5) de rampa común de alimentación de carburante con el fin de regular la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección, en función del estado de activación de los medios que forman catalizador
(3);
porque los medios de análisis (6) del estado de activación de los medios que forman catalizador (3) están unidos a captadores de temperatura (10, 11) aguas arriba y aguas abajo de estos, para determinar un punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador y comprenden medios de determinación (6) a partir de este punto de funcionamiento, del estado de activación de estos;
porque los medios de determinación (6) del estado de activación de los medios que forman catalizador (3) están adaptados para comparar el punto de funcionamiento de estos medios con dos curvas de transición de estado de activación predeterminadas (C1, C2) que definen zonas de estado no-activado, activado y activado-sin riesgo de desactivación de los medios que forman catalizador (3) y para validar un estado al final de un primer período de tiempo predeterminado de confirmación en este estado de los medios que forman catalizador; y
porque, cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado activado-sin riesgo de desactivación, los medios (5) de rampa común están adaptados para inyectar una cantidad nominal de carburante durante la post-inyección o cada post-inyección, cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado activado, los medios (5) de rampa común están adaptados para reducir la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección según un factor multiplicativo, función del desvío entre el punto de funcionamiento de estos medios que forman catalizador (3) y la curva correspondiente de transición entre un estado activado y un estado no-activado (C1), y cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado no-activado, los medios (5) de rampa común están adaptados para limitar la cantidad de carburante inyectado durante la post-inyección o cada post-inyección a un valor mínimo predeterminado.
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2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, para confirmar el estado, se utilizan desvíos de histéresis diferentes según el sentido de las transiciones de un estado a otro de los medios que forman catalizador (3).
3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los medios de determinación (6) están adaptados para mantener una información de estado no-activado de los medios que forman catalizador (3), durante un segundo período de tiempo predeterminado, después de que el punto de funcionamiento de estos haya rebasado la curva de transición correspondiente no-activado-activado (C1).
4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque los períodos de tiempo y los desvíos de histéresis son calibrables.
5. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el valor mínimo es igual a 0.
6. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios (5) de alimentación de rampa común están adaptados para poner en funcionamiento varias post-inyecciones de carburante y porque la cantidad de carburante inyectado durante cada post-inyección, cuando los medios que forman catalizador (3) están en un estado activado, es regulada independientemente de la cantidad de carburante inyectado de la otra post-inyección.
7. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el motor está asociado a un turbocompresor.
8. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de descontaminación (4) comprenden un filtro de partículas.
9. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de descontaminación (4) comprenden una trampa de NOx.
\newpage
10. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el carburante comprende un aditivo destinado a depositarse con las partículas con las cuales se mezcla, en los medios de descontaminación (4) para facilitar su regeneración.
11. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el carburante comprende un aditivo que forma una trampa de NOx.
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