ES2330159T3 - Dispositivo para la descontaminacion de gases de escape de un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de descontaminación de los gases de escape de un motor de combustión interna que comprende: - una etapa de detección de la necesidad de activar una regeneración de un sistema de filtrado de las partículas provisto de un catalizador de oxidación (28) y un filtro de partículas (30), - y una etapa de activación de una regeneración, comprendiendo la etapa de activación una etapa de mando de un sistema (32) de inyección de carburante en el circuito de escape, aguas arriba del sistema de filtrado, cuando el valor (TSDOC2) de temperatura del catalizador de oxidación (28) del sistema de filtrado es superior a un umbral (TADOC2) de temperatura, y una etapa de mando de un sistema (10) de inyección de carburante en los cilindros (8) del motor (2), aguas arriba de un catalizador de oxidación suplementario (26), para aumentar la temperatura de los gases de escape, caracterizado porque comprende una etapa de medición del valor (TSDOC1) de temperatura del catalizador de oxidación suplementario (26) y porque la etapa de mando del sistema (10) de inyección de carburante en los cilindros (8) del motor (2) tiene lugar de acuerdo con un primer modo de funcionamiento para aumentar la temperatura de los gases de escape, y de acuerdo con un segundo modo de funcionamiento para aumentar la temperatura del catalizador suplementario (26), cuando el valor (TSDOC1) de temperatura del catalizador de oxidación suplementario es superior a un umbral (TADOC1).
Description
Dispositivo para la descontaminación de gases de
escape de un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a los
procedimientos de descontaminación de los gases de escape de motores
de combustión interna de vehículos automóviles y, de modo más
particular, a los procedimientos para regenerar un sistema de
filtrado de las partículas de un motor.
El sistema de filtrado de las partículas
comprende un filtro de partículas que captura partículas de hollín
emitidas por el motor. Para evitar su obstrucción, se realizan fases
periódicas de regeneración del filtro que permiten quemar las
partículas atrapadas, elevando la temperatura de los gases de escape
de modo que se obtenga una temperatura a nivel del filtro de
partículas comprendida entre 570ºC y 650ºC.
Existen procedimientos para regenerar el filtro
de partículas. El documento FR2831923 propone un procedimiento de
alimentación de carburante sobre la base de diversas condiciones del
motor con el fin de eliminar las partículas almacenadas. El
procedimiento manda un sistema de inyección en los cilindros (o
cámaras de combustión) del motor y un sistema de inyección en la
línea de escape del motor. Por ejemplo, cuando el motor funciona con
una carga baja, el sistema de inyección de carburante en las
cámaras de combustión es utilizado para recalentar los gases de
escape del motor, realizando una inyección secundaria.
Un inconveniente de este procedimiento es que
cuando el sistema de filtrado se encuentra alejado del sistema de
inyección en las cámaras de combustión del motor, como es el caso,
por ejemplo, cuando el sistema de filtrado se encuentra debajo del
suelo del vehículo, no es siempre posible activar la regeneración,
porque no siempre se llega a la temperatura de umbral del
catalizador para quemar el carburante que proviene de la inyección
secundaria.
El documento US 2004/0200271 A describe un
procedimiento de descontaminación de los gases de escape de un
motor de combustión interna que comprende una etapa de detección de
la necesidad de activar una regeneración de un sistema de filtrado
de las partículas provisto de un catalizador de oxidación y un
filtro de partículas, y una etapa de activación de una
regeneración, comprendiendo la etapa de activación una etapa de
mando de un sistema de inyección de carburante en el circuito de
escape, aguas arriba del sistema de filtrado, cuando el valor del
catalizador de oxidación del sistema de filtrado es superior a un
umbral, y una etapa de mando de un sistema de inyección de
carburante en los cilindros del motor, aguas arriba de un
catalizador de oxidación suplementario, para aumentar la
temperatura de los gases de escape.
El documento WO2004099578 propone un
procedimiento de regeneración en el cual el sistema de inyección de
carburante en los cilindros está previsto para obtener una cierta
concentración de oxígeno en el flujo de gases de escape, sin
producir aumento de reacción exotérmica que podría dañar la turbina
del turbocompresor que se encuentra aguas abajo.
Un objetivo de la invención es paliar los
inconvenientes descritos anteriormente, facilitando un procedimiento
capaz de activar una regeneración cualesquiera que sean las
condiciones del motor e independientemente de la distancia a la
cual se encuentra el sistema de filtrado.
Con este objeto, la invención facilita un
procedimiento de descontaminación de los gases de escape de un motor
de combustión interna que comprende una etapa de detección de la
necesidad de activar una regeneración de un sistema de filtrado de
las partículas y una etapa de activación de una regeneración. De
acuerdo con la invención, la etapa de activación comprende:
- -
- una etapa de mando de un sistema de inyección de carburante en los cilindros del motor para aumentar la temperatura de los gases de escape aguas arriba de un catalizador suplementario, colocado aguas arriba de un sistema de inyección de carburante en el circuito de escape del motor, de acuerdo con un primer modo de funcionamiento;
\global\parskip0.900000\baselineskip
- -
- una etapa de mando del sistema de inyección de carburante en los cilindros del motor para aumentar la temperatura del catalizador suplementario, de acuerdo con un segundo modo de funcionamiento, cuando el valor TSDOC1 de temperatura del catalizador de oxidación suplementario es superior a un umbral TADOC1.
- -
- una etapa de mando del sistema de inyección de carburante en el circuito de escape cuando el valor TSDOC2 del catalizador del sistema de filtrado es superior a un umbral TADOC2.
El procedimiento de acuerdo con la invención, y
sus ventajas se comprenderán mejor con la lectura de la descripción
detallada de un modo de realización tomado a título de ejemplo y en
modo alguno limitativo, e ilustrado por el esquema de la figura
1.
Refiriéndose a la figura 1, el motor 2 del
presente modo de realización de la invención comprende una culata 4
que encierra cilindros 6 dentro de los cuales están montados móviles
pistones 8 en los cuales desembocan inyectores de carburante
10.
El motor 2 comprende un circuito de admisión 12
que desemboca en los cilindros 6 y un circuito de escape 14 cuya
entrada se sitúa a nivel de estos mismos cilindros. El motor 2
comprende un circuito 16 de recirculación de los gases de escape o
EGR que permite tomar una fracción de los gases de escape a la
salida de los cilindros para reinyectarles en el circuito de
admisión. Este circuito de EGR comprende, especialmente, una válvula
controlable 18. El circuito EGR es cerrado cuando se realiza una
regeneración del filtro de partículas.
El motor 2 comprende un turbocompresor 20 que
comprende una turbina 22 puesta en movimiento por los gases de
escape que recorren el circuito 14 y unida a un compresor 24 que
produce una compresión de los gases que recorren el circuito de
admisión 12.
El dispositivo de descontaminación de los gases
de escape del motor comprende componentes que se encuentran en el
circuito de escape 14. Estos componentes consisten en un sistema de
filtrado que comprende un filtro de partículas 30, un catalizador
de oxidación 28 colocado aguas arriba del filtro de partículas 30,
un captador de temperatura 40 que facilita un valor TSDOC2,
colocado entre el filtro de partículas 30 y catalizador de
oxidación 28.
El filtro de partículas 30 puede ser un filtro
de partículas catalítico que contiene una capa de material
catalizador.
El captador de temperatura 40 mide la
temperatura de los gases de escape que circulan entre el catalizador
de oxidación 28 y el filtro de partículas 30; el valor TSDOC2 se
utiliza para conocer la temperatura de salida del catalizador de
oxidación 28 y también la temperatura de entrada del filtro de
partículas 30. Se considera que estas dos temperaturas son
equivalentes.
El dispositivo de descontaminación comprende,
igualmente, una unidad electrónica de mando 41, denominada también
calculador. Esta unidad 41 es apta para recibir datos de diferentes
captadores, como el captador de temperatura 40 que facilita el dato
TSDOC2, y es apto para mandar los diferentes órganos del motor y del
dispositivo de descontaminación.
El dispositivo de descontaminación comprende
igualmente un sistema 10 de inyección de carburante en las cámaras
8 de combustión del motor 2. Este sistema 10 de inyección, mandado
por la unidad 41, es capaz de inyectar carburante para generar par
y también para aumentar la temperatura de los gases de escape.
El dispositivo de descontaminación comprende
igualmente un sistema 32 de inyección de carburante colocado en el
circuito de escape del motor 2 aguas arriba del catalizador de
oxidación 28. Este sistema 32 es utilizado cuando el valor TSDOC2
es superior o igual a una temperatura de umbral, denominada TADOC2,
para la activación del catalizador de oxidación 28.
El dispositivo se caracteriza porque comprende
igualmente medios suplementarios para recalentar los gases de
escape aguas arriba del catalizador de oxidación 28.
Estos medios suplementarios comprenden un
catalizador de oxidación suplementario 26, un captador 36 que
facilita un valor TSDOC1. De acuerdo con la figura única, el
catalizador de oxidación suplementario 26 está colocado aguas
arriba del sistema 32 de inyección de carburante colocado en el
circuito de escape del motor 2. El captador 36 está colocado entre
el catalizador 28 y el catalizador suplementario 26. Además del
catalizador 28 y del captador suplementario 36, el sistema 10 de
inyección de carburante en las cámaras 8 de combustión del motor 2
es utilizado para aportar carburante en forma gaseosa al catalizador
suplementario 26 cuando el valor de TSDOC1 es superior o igual a
una temperatura de umbral, denominada TADOC1, para la activación del
catalizador de oxidación suplementario 26.
Los medios suplementarios pueden comprender
igualmente un sistema para reducir el caudal de gas de admisión,
con el fin de aumentar la riqueza. En este ejemplo de realización no
limitativo, la unidad electrónica de mando 41 puede actuar sobre la
caja mariposa 60 que se encuentra en el circuito de admisión 12,
para limitar el caudal de gases de admisión entrante en los
cilindros 8 del motor. Se tiene, así, que la riqueza, es decir, la
relación entre el carburante y los gases de admisión, aumenta, lo
que aumenta la temperatura de los gases de escape.
El procedimiento de descontaminación, puesto en
práctica por el dispositivo de descontaminación de los gases de
escape descrito anteriormente, comprende una etapa de detección de
la necesidad de activar una regeneración del sistema de filtrado de
las partículas y una etapa de activación de una regeneración. La
etapa de detección de la necesidad puede hacerse por cualquier
procedimiento conocido por el especialista en la materia, como, por
ejemplo, la utilización de un captador de presión diferencial (no
representado) dispuesto en los bornes del sistema de filtrado, o
también gracias a una cartografía registrada en la memoria de la
unidad 41 para determinar la carga de las partículas del filtro 30
en función de las condiciones de funcionamiento del motor.
De acuerdo con la invención, la etapa de
activación de la regeneración comprende:
- -
- una etapa de mando del sistema 10 de inyección de carburante en los cilindros 8 del motor 2 para aumentar la temperatura de los gases de escape aguas arriba del catalizador suplementario 26, colocado aguas arriba de un sistema de inyección de carburante en el circuito de escape del motor, de acuerdo con un primer modo de funcionamiento;
- -
- una etapa de mando del sistema de inyección 10 de carburante en los cilindros 8 del motor 2 para aumentar la temperatura del catalizador suplementario 26, de acuerdo con un segundo modo de funcionamiento, cuando el valor TSDOC1 es superior al umbral TADOC1;
- -
- una etapa de mando del sistema 32 de inyección de carburante en la línea de escape cuando el valor de TSDOC2 del catalizador del sistema de filtrado es superior al umbral TADOC2.
El procedimiento puede comprender, igualmente,
una etapa de medición del valor de TSDOC1.
El primer modo de funcionamiento del sistema 10
de inyección en los cilindros 8 del motor 2 puede consistir de
desfasar la inyección principal de carburante. El sistema puede
aumentar la cantidad de carburante inyectado para mantener el valor
de par demandado por el usuario del vehículo. En este primer modo de
funcionamiento, el sistema de inyección 10 puede hacer igualmente
una "post inyección" próxima. Por "post inyección" próxima
se entiende una inyección de carburante suplementaria que tiene
lugar antes de un ángulo de cigüeñal predeterminado. El carburante
de esta inyección suplementaria se quema en los cilindros 8 del
motor 2. Este primer modo de funcionamiento puede utilizar, ya sea
el desfasaje de la inyección principal, la post inyección próxima,
o bien las dos conjuntamente.
En este primer modo de funcionamiento del
sistema de inyección, se trata de hacer elevar la temperatura de
los gases de escape aguas arriba del catalizador de oxidación
suplementario 26, especialmente para que este último alcance su
temperatura de activación, temperatura que permite la oxidación del
carburante gasificado.
Cuando el valor de TSDOC1 facilitado por el
captador de temperatura 36 es superior al umbral TADOC1 que permite
la activación del catalizador de oxidación suplementario 26, el
sistema 10 de inyección puede ser mandado de acuerdo con un segundo
modo de funcionamiento. En este modo de funcionamiento, el sistema
10 de inyección puede realizar una "post inyección" alejada,
es decir una inyección suplementaria que tiene lugar después de un
ángulo de cigüeñal predeterminado. El carburante de esta inyección
suplementaria no se quema dentro de los cilindros 8 del motor 2,
sino que éste se gasificará y se quemará dentro del catalizador de
oxidación 26. Esto permite aumentar la temperatura del catalizador
de oxidación suplementario 26 y los gases de escape que salen de
este catalizador 26. En este segundo modo de funcionamiento, el
sistema 10 de inyección puede realizar esta post inyección alejada
además de las inyecciones descritas en el primer modo de
funcionamiento.
Gracias a este dispositivo y a su procedimiento,
es así posible recalentar los gases de escape aguas arriba del
catalizador de oxidación 28 colocado en el sistema de filtrado de
modo mucho más importante que en los dispositivos y los
procedimientos conocidos. Esto presenta una ventaja especialmente
cuando los dispositivos de filtrado se encuentran debajo del suelo
del vehículo, porque en esta configuración, las pérdidas térmicas
de los gases de escape pueden impedir la activación de una
regeneración.
Los medios suplementarios para recalentar los
gases de escape aguas arriba del catalizador de oxidación 28 pueden
comprender un sistema para aumentar la carga del motor. Este sistema
comprende un alternador (no representado), arrastrado por el motor,
que alimenta fuentes consumidoras de energía eléctrica. Las fuentes
consumidoras de energía pueden comprender, de manera no limitativa,
calentadores de inmersión 50 que recalientan el líquido de
enfriamiento del motor. La unidad 41 manda la activación de uno o
varios calentadores de inmersión en función de la necesidad de
carga que hay que aplicar. La carga aplicada al motor se traduce en
un criterio de carga aplicada al alternador, por ejemplo el 90% de
la capacidad total del alternador. El procedimiento de
descontaminación puede comprender, igualmente, una etapa de
activación del criterio de carga mínima que hay que aplicar al
motor, utilizando el sistema para aumentar la carga del motor.
Este sistema para aumentar la carga del motor es
utilizado principalmente cuando el motor se encuentra al ralentí y
con cargas muy bajas.
Las fuentes consumidoras de energía pueden
comprender un sistema eléctrico de calentamiento de los gases de
escape (no representado). Este sistema es colocado en el circuito de
escape 14 aguas arriba del catalizador de oxidación 28. Éste puede
ser colocado también aguas arriba del catalizador suplementario 26.
La ventaja de esta fuente consumidora de energía es que permite
aumentar la carga del motor para aumentar la temperatura de escape
y también recalentar directamente los gases de escape.
Con estos medios suplementarios, es posible
activar una regeneración cualesquiera que sean las condiciones de
funcionamiento del motor.
Sin embargo, con el fin de no activar una
regeneración en momentos que no fueran oportunos para el motor, el
dispositivo puede comprender un medio de medición de la temperatura
del motor. La unidad 41 recibe la información de temperatura del
líquido de enfriamiento del motor que proviene de un captador 51 y
la compara con un valor de umbral. Este medio evita, así, activar
una regeneración cuando el motor está frío, porque ésta podría
dañar a este último.
Asimismo, para no perjudicar el confort en la
conducción, el dispositivo puede comprender un medio de medición de
la velocidad del vehículo. La unidad 41 recibe una información del
captador (no representado) de velocidades del vehículo, y la
compara con un valor de umbral. Este medio puede, por ejemplo,
evitar activar una regeneración cuando el vehículo está parado.
Claims (7)
1. Procedimiento de descontaminación de los
gases de escape de un motor de combustión interna que comprende:
- una etapa de detección de la necesidad de
activar una regeneración de un sistema de filtrado de las partículas
provisto de un catalizador de oxidación (28) y un filtro de
partículas (30),
- y una etapa de activación de una regeneración,
comprendiendo la etapa de activación una etapa de mando de un
sistema (32) de inyección de carburante en el circuito de escape,
aguas arriba del sistema de filtrado, cuando el valor (TSDOC2) de
temperatura del catalizador de oxidación (28) del sistema de
filtrado es superior a un umbral (TADOC2) de temperatura, y una
etapa de mando de un sistema (10) de inyección de carburante en los
cilindros (8) del motor (2), aguas arriba de un catalizador de
oxidación suplementario (26), para aumentar la temperatura de los
gases de escape,
caracterizado porque comprende una etapa
de medición del valor (TSDOC1) de temperatura del catalizador de
oxidación suplementario (26) y porque la etapa de mando del sistema
(10) de inyección de carburante en los cilindros (8) del motor (2)
tiene lugar de acuerdo con un primer modo de funcionamiento para
aumentar la temperatura de los gases de escape, y de acuerdo con un
segundo modo de funcionamiento para aumentar la temperatura del
catalizador suplementario (26), cuando el valor (TSDOC1) de
temperatura del catalizador de oxidación suplementario es superior
a un umbral (TADOC1).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de activación
comprende una etapa de mando de un sistema para reducir el caudal
de gases de admisión.
3. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque comprende una
etapa de activación de un criterio de carga mínima que hay que
aplicar al motor (2).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende
una etapa de detección de las condiciones del motor (2) y del
vehículo, consistente en medir la temperatura del motor (2) y/o la
velocidad del vehículo, en comparar las mediciones con umbrales,
para permitir la activación de la regeneración.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer
modo de funcionamiento del sistema (10) de inyección de carburante
en los cilindros (8) consiste en desfasar la inyección principal de
carburante.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer
modo de funcionamiento del sistema (10) de inyección de carburante
en los cilindros (8) consiste en hacer una "post inyección"
próxima.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo
modo de funcionamiento del sistema (10) de inyección de carburante
en los cilindros (8) consiste en hacer una "post inyección"
alejada.
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