ES2617762T3 - Procedimiento de regeneración de un filtro de partículas para vehículo automóvil - Google Patents

Procedimiento de regeneración de un filtro de partículas para vehículo automóvil Download PDF

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Abstract

Procedimiento de regeneración de un filtro de partículas para vehículo automóvil que comprende un motor de combustión alimentado de aire por un conducto de admisión y de carburante por un conducto de carburante, una línea de escape que desemboca en el citado motor y que permite desechar los gases producidos por la combustión del carburante en el citado motor, comprendiendo la citada línea de escape el citado filtro de partículas adaptado para filtrar las partículas que se encuentran en los gases de escape y, aguas arriba del citado filtro, un dispositivo catalítico de oxidación adaptado para permitir la oxidación catalítica de los incombustibles que se encuentran en los gases de escape, comprendiendo el procedimiento una fase de regeneración controlando la combustión del hollín, combustión del hollín que se produce a alta temperatura generada por una post-combustión aguas abajo del motor de un combustible, típicamente una parte del carburante utilizado por el motor, que tiene lugar en el dispositivo catalítico de oxidación que es controlada utilizando una temperatura objetivo de regeneración, realizándose la regulación de la temperatura objetivo de regeneración controlando la cantidad de combustible para la postcombustión, caracterizado por que el procedimiento comprende una fase previa de sobrecalentamiento que es controlada utilizando una temperatura objetivo de sobrecalentamiento más elevada que la temperatura objetivo de regeneración.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de regeneracion de un filtro de partlcuias para vehlcuio automovil
La presente invencion reivindica la prioridad de la solicitud francesa 1154967 depositada el 7 de junio de 2011.
La invencion concierne a un procedimiento de regeneracion de un filtro de partlculas para vehlculo automovil que comprende un motor de combustion.
Clasicamente, a fin de regenerar el filtro de partlculas que, a medida de la utilizacion del vehlculo, se llena de hollln, el vehlculo comprende un sistema electronico que permite regenerar el filtro controlando la combustion del hollln. Esta combustion del hollln se produce a alta temperatura generada por un aumento de la temperatura a la salida del motor, eventualmente completada por una post-combustion de un combustible que tiene lugar en el dispositivo catalltico de oxidacion, como el del documento DE19952830.
A fin de no deteriorar los organos de la llnea de escape que se encuentran aguas abajo del lugar de la postcombustion, el sistema electronico controla la regeneracion utilizando una temperatura objetivo de regeneracion, efectuandose la regulacion de la temperatura controlando la cantidad de combustible para la post-combustion.
Los compromisos entre la eficacia de la regeneracion, el sobreconsumo de combustible para la post-combustion y la dilucion de combustible en el aceite (en el caso en que la inyeccion del combustible se haga en los cilindros de motor - as! como en este caso, los riesgos de salida sobre aceite) no estan optimizados. Ademas, debido a la duracion importante del procedimiento de regeneracion, los riesgos de su fracaso por parada del motor son bastante elevados.
La invencion esta destinada a resolver uno o varios de estos inconvenientes.
La invencion se refiere as! a un procedimiento de regeneracion de un filtro de partlculas para vehlculo automovil que comprende un motor de combustion alimentado de aire por un conducto de admision y de carburante por un conducto de carburante, una llnea de escape que desemboca en el citado motor y que permite desechar los gases producidos por la combustion del carburante en el citado motor, comprendiendo la citada llnea de escape el citado filtro de partlculas adaptado para filtrar las partlculas que se encuentran en los gases de escape y, aguas arriba del citado filtro, un dispositivo catalltico de oxidacion adaptado para permitir la oxidacion catalltica de los incombustibles que se encuentran en los gases de escape, comprendiendo el procedimiento una fase de regeneracion controlando la combustion del hollln, combustion del hollln que se produce a alta temperatura generada por una post-combustion aguas abajo del motor de un combustible, tlpicamente una parte del carburante utilizado por el motor, que tiene lugar en el dispositivo catalltico de oxidacion que es controlada utilizando una temperatura objetivo de regeneracion, realizandose la regulacion de la temperatura objetivo de regeneracion controlando la cantidad de combustible para la post-combustion, caracterizada por que el procedimiento comprende una fase previa de sobrecalentamiento que es controlada utilizando una temperatura objetivo de sobrecalentamiento mas elevada que la temperatura objetivo de regeneracion.
En el sentido de la invencion, se entiende por temperatura objetivo la temperatura que es medida a la entrada del filtro de partlculas, representativa de la temperatura en el seno del filtro de partlculas.
Asl, utilizando una temperatura objetivo elevada al principio del procedimiento (fase de sobrecalentamiento), la elevacion de temperatura del filtro de partlculas es mucho mas rapida, y disminuyendo la temperatura objetivo en un segundo tiempo (fase de regeneracion), la temperatura permanece suficientemente baja para no deteriorar el dispositivo catalltico de oxidacion, lo que permite una regeneracion de corta duracion, eficaz, y que optimiza la dilucion en el aceite.
De acuerdo con un modo de realizacion particular, la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion.
De acuerdo con otro modo de realizacion particular, la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de la masa de hollln en el filtro de partlculas.
De acuerdo todavla con otro modo de realizacion particular, la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de la dinamica de la elevacion de temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlculas.

De acuerdo con otro modo de realizacion particular, el paso de la fase de sobrecalentamiento a la fase de regeneracion es controlado por la llegada a termino de una duracion predeterminada de la fase de

sobrecalentamiento. De acuerdo con una variante de este modo particular, la duracion de la fase de

sobrecalentamiento es un valor constante. De acuerdo con otra variante, la duracion de la fase de
sobrecalentamiento es un valor que depende de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion y/o de la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o de la dinamica de elevacion de
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temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlcuias.
De acuerdo con otro modo de realization particular, el paso de la fase de sobrecalentamiento a la fase de regeneration es controlado por la llegada de una temperatura de cambio de fase. De acuerdo con una variante de este modo particular, la temperatura de cambio de fase es un valor constante. De acuerdo con otra variante, la temperatura de cambio de fase es un valor dependiente de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la initiation del procedimiento de regeneracion y/o de la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o de la dinamica de elevation de temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlculas.
Otras caracterlsticas y ventajas de la invention se pondran de manifiesto de modo claro en la description que de la misma se hace a continuation, a tltulo indicativo y en modo alguno limitativo, refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:
• La figura 1 ilustra, para diferentes ensayos de regeneracion, la eficacia de esta ultima en funcion de la temperatura aguas arriba del filtro de partlculas al final de la regeneracion, y
• La figura 2 ilustra, para los mismos ensayos que los de la figura 1, la eficacia de la regeneracion en funcion de la acumulacion de combustible inyectado para la post-combustion.
Un vehlculo automovil comprende un motor de combustion que es alimentado de aire por un conducto de admision y de carburante por un conducto de carburante. El mismo comprende igualmente una llnea de escape que desemboca en el motor y que permite desechar los gases producidos por la combustion del carburante en el motor.
La presente invencion concierne a un vehlculo que comprende, en la llnea de escape un filtro de partlculas adaptado para filtrar las partlculas que se encuentran en los gases de escape y, aguas arriba de este filtro, un dispositivo catalltico de oxidacion adaptado para permitir la oxidacion catalltica de los incombustibles que se encuentran en los gases de escape. En el presente modo de realizacion, la llnea de escape comprende igualmente, aguas abajo del dispositivo catalltico de oxidacion, un dispositivo catalltico de reduction adaptado para permitir la reduction catalltica de los oxidos de nitrogeno que se encuentran en los gases de escape.
Clasicamente, a fin de regenerar el filtro de partlculas que, a medida de la utilization del vehlculo, se llena de hollln, el vehlculo comprende un sistema electronico que permite regenerar el filtro controlando la combustion del hollln. Esta combustion del hollln se produce a alta temperatura generada por una post-combustion (aguas abajo del motor) de un combustible (tlpicamente, un parte del carburante utilizado por el motor) que tiene lugar en el dispositivo catalltico de oxidacion. A fin de no deteriorar los organos de la llnea de escape que se encuentran aguas abajo del lugar de la post-combustion, el sistema electronico controla la regeneracion (en general el caudal de combustible de post-combustion) utilizando una temperatura objetivo de regeneracion suficientemente baja para no deteriorar ni el dispositivo catalltico de oxidacion, ni el filtro de partlculas, ni el dispositivo catalltico de reduccion si este existe.
De acuerdo con la invencion, el procedimiento de regeneracion del filtro de partlculas comprende dos fases: una fase de regeneracion con una temperatura objetivo de regeneracion, y, previamente a esta fase de regeneracion, una fase de sobrecalentamiento con una temperatura objetivo de sobrecalentamiento superior a la temperatura objetivo de regeneracion.
Debido a que la temperatura objetivo de sobrecalentamiento sea mas elevada que la temperatura objetivo de regeneracion, la elevacion de temperatura del filtro de partlculas es mas rapida que en un procedimiento clasico. El hecho de disminuir despues la temperatura objetivo para la fase de regeneracion permite, por una parte, evitar tener una temperatura demasiado elevada con la que se corre el riesgo de deteriorar los elementos que se encuentran en la llnea de escape y, por otra, reducir el consumo de combustible as! como la tasa instantanea de dilution del combustible en el aceite (en el caso de una inyeccion en los cilindros del motor). Aunque la temperatura objetivo elevada esta limitada a la primera fase del procedimiento, la presente invencion permite tener un ganancia que se traduce a la vez en una disminucion de consumo de combustible para la post-combustion, en una eficacia importante de la regeneracion (superior al 90%) y en una reduccion de la duration global del procedimiento de regeneracion (y por tanto una limitation de los riesgos de parada del motor durante tal procedimiento).
De acuerdo con un modo particular, la temperatura objetivo de sobrecalentamiento, la duracion de la fase de sobrecalentamiento, la temperatura objetivo de regeneracion y la duracion de la fase de regeneracion son fijadas por el sistema electronico.
Se han realizado diferentes ensayos, cuyos resultados estan ilustrados en las figuras 1 y 2.
1. Los ensayos concernientes a los procedimientos de regeneracion clasicos, con una sola fase estan representados por los puntos indicados por letras latinas (A: 5 minutos con una temperatura objetivo de 450 °C; B y C: 10 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C; D y E: 10 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C y un regulador PID optimizado; F y G: 2 minutos con una temperatura objetivo de 550 °C; H e I: 3 minutos con una temperatura objetivo de 550 °C; J y K:f) 5 minutos con una temperatura objetivo de 550 °C; L y M: 10 minutos con una temperatura objetivo de 550 °C; N y O: 1 minuto con una temperatura objetivo de 600 °C; P y Q: 1 minuto y 30 segundos con una temperatura objetivo de 600 °C; y R y S: 2 minutos con una temperatura objetivo de 600 °C);
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2. Los ensayos concernientes a los procedimientos de regeneration conformes con la presente invention, con dos fases, estan representados por los punto indicados por las letras griegas oppoxvjcfw (a y b: 3 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C seguido de 5 minutos con una temperatura objetivo de 450 °C; g y 8: 2 minutos con una temperatura objetivo de 550 °C seguido de 5 minutos con una temperatura objetivo de 450 °C; e y Z 1 minuto con una temperatura objetivo de 500 °C; h 2 minutos y 20 segundos con una temperatura objetivo de 550 °C seguido de 5 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C; 0 y l: 1 minuto con una temperatura objetivo de 570 °C seguido de 5 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C; p:1 minuto con una temperatura objetivo de 600 °C seguido de 5 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C; v y £: 1 minuto y 20 segundos con una temperatura objetivo de 600 °C seguido de 10 minutos con una temperatura objetivo de 500 °C).
Incluso con temperaturas objetivo de regeneracion bajas (450 °C), la eficacia es mucho mayor en cuanto haya una fase de sobrecalentamiento incluso con una temperatura objetivo de sobrecalentamiento poco elevada. Con temperaturas objetivo de regeneracion mas elevadas (500 °C) la eficacia es siempre superior al 85% con un sobrecalentamiento, incluso pequeno.
En cada uno de los ensayos con una fase de sobrecalentamiento inicial, la temperatura final aguas arriba del filtro de partlculas supera muy poco 500 °C, y esto para eficacias particularmente elevadas (en comparacion con las temperaturas finales aguas arriba del filtro de partlculas que muy frecuentemente superan 550 °C en los procedimientos clasicos).
En el sentido de la invencion se entiende aqul por temperatura final la temperatura que se tiene durante y al final de la regeneracion. Esquematicamente, el ciclo termico comprende por tanto una fase de sobrecalentamiento, despues una pausa a una temperatura inferior, se puede tener entonces ventajosamente como objetivo esta temperatura inferior, mas bien que la temperatura de regeneracion habitualmente pretendida.
De acuerdo con otros modos de realization, al menos uno de los valores entre la temperatura objetivo de sobrecalentamiento, la duration de la fase de sobrecalentamiento, la temperatura objetivo de regeneracion y la duration de la fase de regeneracion es determinado en funcion de los datos de funcionamiento del vehlculo, especialmente en el momento de la initialization del procedimiento.
Asl, la temperatura objetivo de sobrecalentamiento puede ser determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la initiation del procedimiento de regeneracion (pudiendo ser estas condiciones de rodaje la velocidad del vehlculo y/o el par del motor) y/o la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o la dinamica de elevation de temperatura del dispositivo catalltico de oxidation (pudiendo depender esta dinamica del caudal de aire en la admision del motor).
La temperatura objetivo de sobrecalentamiento puede ser superior al menos en 40 °C o al menos en 80 °C o incluso 100 °C con respecto a la temperatura objetivo de regeneracion.
El paso de la fase de sobrecalentamiento a la fase de regeneracion puede ser controlado por la llegada a termino de una duracion predeterminada de la fase de sobrecalentamiento y/o por la llegada de una temperatura de cambio de fase.
La duracion predeterminada de la fase de sobrecalentamiento puede ser un valor constante (por ejemplo, 1 minuto, 2 minutos o 3 minutos) o un valor determinado por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion (pudiendo ser estas condiciones de rodaje la velocidad del vehlculo y/o el par del motor) y/o la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o la dinamica de elevacion de temperatura del dispositivo catalltico de oxidacion (pudiendo depender esta dinamica del caudal de aire en la admision del motor).
La temperatura medida y comparada con respecto a la temperatura de cambio de fase puede ser una temperatura medida en la llnea de escape, y, de modo mas preciso, una temperatura medida entre el dispositivo catalltico de oxidacion y el filtro de partlculas. Asl, la temperatura medida puede ser la de aguas arriba del filtro de partlculas, la de aguas abajo del dispositivo catalltico de oxidacion, o la de aguas arriba del dispositivo catalltico de reduction (se encuentre este dispositivo catalltico de reduccion aguas arriba o aguas abajo del filtro de partlculas).
La temperatura de cambio de fase puede ser la temperatura objetivo de sobrecalentamiento o, preferentemente, un valor de la temperatura objetivo de sobrecalentamiento, corregida por un valor de protection (a fin de evitar que la temperatura objetivo de sobrecalentamiento sea sobrepasada debido a la inercia termica del sistema). Tlpicamente, la correction es realizada por la sustraccion del valor de proteccion de la temperatura objetivo de sobrecalentamiento. El valor de proteccion puede ser un valor constante o un valor determinado por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion (pudiendo ser estas condiciones de rodaje la velocidad del vehlculo y/o el par del motor) y/o la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o la dinamica de elevacion de temperatura del dispositivo catalltico de oxidacion (pudiendo depender esta dinamica del caudal de aire en la admision del motor).
Adaptando el procedimiento de regeneracion (por ejemplo, las temperaturas objetivo de sobrecalentamiento y de
regeneration, las duraciones de las fases de sobrecalentamiento y de regeneration, o la temperatura de cambio de fase) en funcion de los datos de funcionamiento del vehlculo, es posible optimizar el procedimiento y proteger lo mejor posible el dispositivo catalltico de oxidation en el que la temperatura maxima que el mismo soporta depende igualmente de las condiciones de rodaje.
5 La presente invention puede ser utilizada por cualquier tipo de filtro de partlculas (desnudo, aditivado o catalizado),
y cualquiera que sean los elementos de la llnea de escape y sus posiciones relativas (en ausencia o en presencia del dispositivo catalltico de reduction y que este ultimo este aguas arriba o aguas abajo del filtro de partlculas).

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de regeneracion de un filtro de partlcuias para vehlcuio automovil que comprende un motor de combustion alimentado de aire por un conducto de admision y de carburante por un conducto de carburante, una llnea de escape que desemboca en el citado motor y que permite desechar los gases producidos por la combustion del carburante en el citado motor, comprendiendo la citada llnea de escape el citado filtro de partlculas adaptado para filtrar las partlculas que se encuentran en los gases de escape y, aguas arriba del citado filtro, un dispositivo catalltico de oxidacion adaptado para permitir la oxidacion catalltica de los incombustibles que se encuentran en los gases de escape, comprendiendo el procedimiento una fase de regeneracion controlando la combustion del hollln, combustion del hollln que se produce a alta temperatura generada por una post-combustion aguas abajo del motor de un combustible, tlpicamente una parte del carburante utilizado por el motor, que tiene lugar en el dispositivo catalltico de oxidacion que es controlada utilizando una temperatura objetivo de regeneracion, realizandose la regulacion de la temperatura objetivo de regeneracion controlando la cantidad de combustible para la postcombustion, caracterizado por que el procedimiento comprende una fase previa de sobrecalentamiento que es controlada utilizando una temperatura objetivo de sobrecalentamiento mas elevada que la temperatura objetivo de regeneracion.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de la masa de hollln en el filtro de partlculas.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la temperatura objetivo de sobrecalentamiento es determinada por una cartografla cuyos parametros de entrada dependen de la dinamica de elevacion de temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlculas.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el paso de la fase de
    sobrecalentamiento a la fase de regeneracion es controlado por la llegada a termino de una duracion
    predeterminada de la fase de sobrecalentamiento.

  6. 6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que la duracion de la fase de
    sobrecalentamiento es un valor constante.

  7. 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que la duracion de la fase de

    sobrecalentamiento es un valor dependiente de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del
    procedimiento de regeneracion y/o de la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o de la dinamica de elevacion de temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlculas.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el paso de la fase de sobrecalentamiento a la fase de regeneracion es controlado por la llegada a una temperatura de cambio de fase.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la temperatura de cambio de fase es un valor constante.
  10. 10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que la temperatura de cambio de fase es un valor dependiente de las condiciones de rodaje del vehlculo antes de la iniciacion del procedimiento de regeneracion y/o de la masa de hollln en el filtro de partlculas y/o de la dinamica de elevacion de temperatura de un dispositivo catalltico de oxidacion dispuesto aguas arriba del filtro de partlculas.
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