ES2622859T3

ES2622859T3 - Sistema para evitar la acumulación de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape de un motor de combustión interna

Info

Publication number: ES2622859T3
Application number: ES15156771.6T
Authority: ES
Inventors: Bruno Aimar; Giovanni Cerciello
Original assignee: FPT Industrial SpA
Current assignee: FPT Industrial SpA
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2017-07-07
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: JP6650675B2; EP2924267B1; US20150240694A1; EP2924267A1; JP2015163788A

Abstract

Un método para evitar la acumulación de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape (ATS) de un motor de combustión interna que comprende al menos un dispositivo para la reducción de emisiones contaminantes, comprendiendo el método la etapa preliminar de disponer dicho conducto de postratamiento de gases de escape desprovisto de cualquier precatalizador y un procedimiento para la estimación continua (s) de una masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados en al menos dicho dispositivo para la reducción de emisiones contaminantes, activando (S ON) dicho procedimiento de estimación (S) un sistema/estrategia para la aceleración del calentamiento del conducto de escape (ATS), más allá de una contribución normal del motor de combustión interna, cuando dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar excede un umbral predefinido (T1).

Description

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DESCRIPCION

Sistema para evitar la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape de un motor de combustion interna.

Alcance de la invencion

La presente invencion se refiere al campo de los sistemas de purificacion de gases de escape de un motor de combustion interna y mas precisamente a un sistema para evitar la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape.

Antecedentes de la tecnica

Los sistemas de postratamiento de gases de escape, generalmente denominados con la sigla ATS, generalmente estan provistos de al menos un catalizador que se encarga de la conversion de los hidrocarburos sin quemar (CnHm), oxidos de nitrogeno (NO) y monoxido de carbono (CO) en dioxido de carbono (CO2), agua (H2O) y nitrogeno (N2).

Es conocido que un catalizador se activa completamente, es decir se vuelve operacional, tras alcanzar al menos 250 °C. Aunque incluso a 200 °C puede convertir al menos los hidrocarburos sin quemar.

Se conocen sistemas/estrategias para acelerar la etapa de calentamiento del conducto de escape de un motor de combustion interna.

En general, se basan en la estrangulacion del conducto de escape, por ejemplo a traves de una aleta o reduciendo la seccion de salida de una turbina de geometrla variable dispuesta en el conducto de escape. Otros sistemas/estrategias para acelerar la etapa de calentamiento del conducto de escape consisten en posinyeccion de combustible. Sistemas/estrategias adicionales comprenden la activacion de un calentador electrico adecuado.

Dichos sistemas/estrategias para acelerar la etapa de calentamiento del conducto de escape ATS son bien conocidos por los expertos en la materia, por lo tanto, no es necesario ofrecer detalles adicionales.

Por lo tanto, dichos sistemas/estrategias ofrecen una contribucion adicional para calentar el ATS, con respecto a la contribucion normal del motor de combustion interna, ayudando al ultimo en este objetivo.

Los procesos de control de estos sistemas, de acuerdo con diferentes tecnicas de control, se activan despues de un periodo de tiempo predefinido desde el encendido del motor de combustion interna, por ejemplo despues de verificar un calentamiento dinamico demasiado lento del ATS, u otros procesos pueden desactivarlos cuando estos determinan que tales sistemas no son capaces de conducir a la activacion completa del catalizador.

Durante la etapa de calentamiento, los hidrocarburos sin quemar, por simplicidad denominados como HC, tienden a acumularse en el catalizador.

Cuando el catalizador alcanza la temperatura de activacion, una acumulacion excesiva de HC podrla danar el catalizador debido a la consecucion de temperaturas por encima de aquellas admisibles para el propio dispositivo.

La tecnica anterior, para evitar danar el catalizador, proporciona la implementacion de los denominados precatalizadores, es decir catalizadores adicionales, que tienen un volumen muy pequeno en comparacion al catalizador principal, que se acomodan muy cerca del colector de escape del motor de combustion interna, para alcanzar lo antes posible una temperatura de activacion tal como para quemar los hidrocarburos sin quemar producidos por el motor de combustion interna antes de que alcancen el catalizador principal o cualquier dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes que definen el ATS.

La implementacion de precatalizadores requiere un coste adicional para fabricantes de vehlculos y maquinaria, ademas, deben disenarse para no interferir con otros dispositivos, tales como el catalizador principal y cualquier filtro particular.

Sumario de la invencion

El objeto de la presente invencion es superar todos los inconvenientes anteriores y proporcionar un sistema para evitar la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape desprovisto de precatalizadores.

La idea en la base de la presente invention es evitar la implementation cualquier precatalizador, estimando la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en al menos un punto/componente del conducto de sistema de postratamiento de gases de escape y activar sistemas/estrategias de calentamiento del conducto de escape tambien sobre la base de la acumulacion de los hidrocarburos sin quemar estimados.

5 Esto implica que los procesos para la aceleracion del calentamiento del conducto de escape se controlan de forma diferente en comparacion con la tecnica anterior.

En particular, el proceso de estimation de la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en el conducto de sistema de postratamiento de gases de escape (ATS) tiene prioridad sobre cualquier proceso de activation o desactivacion adicional, sobre el control del proceso para la aceleracion del calentamiento del conducto de postratamiento de 10 gases de escape. Por lo tanto, puede suceder que el proceso para la aceleracion del calentamiento de ATS se active antes en comparacion con la tecnica anterior o que permanezca activo incluso cuando otros procesos pudieran controlar la desactivacion del mismo.

El objeto de la presente invencion es un sistema para evitar la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en un dispositivo para la reduction de emisiones contaminantes que definen un conducto de sistema de postratamiento de 15 gases de escape de un motor de combustion interna.

Un dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes puede hacer referencia a al menos uno de los dispositivos en si conocidos: DOC, NSC, DPF, SCR.

Breve description de las figuras

Caracterlsticas y ventajas adicionales de la presente invencion seran claras a partir de la siguiente descripcion 20 detallada de una realization ilustrativa de las mismas (y variaciones de la misma) y a partir de los dibujos adjuntos dados por medio de un ejemplo no limitante, en los que:

la Figura 1 muestra un diagrama de control logico de acuerdo con la presente invencion;

la Figura 2 muestra una implementacion ilustrativa de la presente invencion a traves de un diagrama de flujo;

la Figura 3 muestra esquematicamente un motor de combustion interna conectado de forma operativa a un sistema 25 de postratamiento de gases de escape al que se aplica la presente invencion.

Los mismos numeros y letras de referencia en las figuras identifican los mismos elementos o componentes.

En el contexto de la presente descripcion, los terminos "primero", "segundo", etc. no indican ninguna relation reclproca ni se conciben para ser limitantes.

Descripcion detallada de realizaciones ilustrativas

30 La Figura 1 muestra un diagrama de control logico de la activacion de un proceso para la aceleracion (WATSP) del calentamiento del sistema de postratamiento (ATS).

La abreviatura WATSP es el acronimo de la expresion “Proceso de Calentamiento de ATS” (en ingles, WarmUP ATS Process), es decir un proceso/sistema para la aceleracion del calentamiento del ATS, que como se ha descrito anteriormente puede lograrse de diferentes formas, incluyendo la estrangulacion del conducto de escape y/o la 35 posinyeccion de combustible y/o la activacion de un calentador adecuado dispuesto dentro o alrededor de una portion de tuberla de ATS.

Otros procesos S1, S2, S3 pueden intervenir para controlar el WATSP de acuerdo con estrategias de control especlficas/predefinidas, provocando la activacion o desactivacion.

De acuerdo con la presente invencion, un proceso S estima la cantidad de HC acumulada en al menos un punto en 40 el conducto de escape ATS y cuando una estimacion de este tipo excede un primer umbral predefinido, la activacion SON del WATSP se controla independientemente de cualquier otro proceso en marcha.

Un proceso S de este tipo tiene prioridad sobre todos los demas S1, S2, S3,... y por lo tanto esto se muestra graficamente mediante una flecha mucho mas gruesa que las demas.

Posteriormente, cuando los HC estimados son menores que un segundo umbral predefinido, el WATSP vuelve bajo 45 el control de los otros procesos S1, S2, S3. Por lo tanto, el WATSP permanece activo si uno de ellos considera que

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el WATSP debe estar activo o si no el proceso fuerza la desactivacion del mismo.

Por lo tanto, el proceso de estimation de HC no tiene el poder de desactivar el WATSP (proceso para la aceleracion del calentamiento de ATS), sino solo activar el mismo.

Por lo tanto, independientemente de la jerarqula de los procesos conocidos que pueden determinar la activation o desactivacion del WATSP, el presente proceso de estimacion S es practicamente paralelo a una jerarqula de este tipo.

La Figura 2 muestra un ejemplo de un diagrama de flujo de control de acuerdo con la presente invention.

Etapa 1: encendido de motor E de combustion interna;

Etapa 2: adquisicion de un valor residual R de HC almacenados en el ATS

Etapa 3: estimacion de la masa de HC producidos P y de la masa de HC convertidos C,

Etapa 4: calculo de la masa I de HC almacenados en el conducto de escape (al menos un punto del conducto de escape):

I = R+P-C;

Etapa 5: verification de si I es mayor que un primer umbral T1,

Etapa 6: si es asl, activacion de WATSP, de lo contrario

Etapa 9: verificacion de si I es menor que un segundo umbral T1 [?]

Etapa 10: si es asl, desactivacion de WATSP e ir a etapa 13;

de lo contrario, ir a etapa 13;

despues de la activacion del WATSP (etapa 6)

Etapa 7: verificacion de si I es mayor que un tercer umbral T3,

Etapa 8: si es asl, activacion de un procedimiento de protection en el motor de combustion interna de lo contrario

Etapa 11: verificacion de si I es menor que un cuarto T4 menor que T3 y mayor que T2[?]

Etapa 12: si es asl, desactivacion del procedimiento de proteccion en el motor de combustion interna y a continuation ir a etapa 13;

Etapa 13: verificacion de si el motor de combustion interna esta apagado,

Etapa 14: si es asl, asignar I a R (I = R) y el final del control en la etapa 15, de lo contrario continuar desde etapa 3, es decir desde la estimacion de la masa de HC producidos P y de la masa de HC convertidos C.

A partir del ejemplo de diagrama de flujo en la Figura 2 esta claro que, cuando no es posible disponer de la masa de HC producida por el motor de combustion interna, se alcanza una condition donde la masa de HC almacenada en el conducto de escape excede un segundo umbral T2; en ese caso, se toman medidas para evitar alcanzar posteriormente la temperatura de activacion del catalizador CAT, ya que esto podrla conducir a danar el propio catalizador y/o el vehlculo entero.

Por ejemplo, tales medidas pueden consistir en limitar el par entregado por el motor y la consecuente production de calor, que harla que el ATS se calentara y probablemente se incendiara.

Si la masa I de HC excede un segundo umbral T2 de este tipo, de acuerdo con la presente invencion, podrla almacenarse permanentemente un error en la unidad de control de motor, ECU, que controla la iluminacion de una luz de indication que indica un fallo que requiere que el vehlculo se lleve a un taller.

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En cuanto a la estimacion de los HC producidos por el motor de combustion interna, es posible basarse en mapas heurlsticos, es decir, obtenidos en el banco sobre la base de RPM, masa de combustible inyectada, masa de aire tomada y preferentemente tambien temperatura ambiente. Todos estos parametros estan disponibles generalmente para la unidad de control ECU de motores de combustion interna usando sensores apropiados, por lo tanto la implementacion de tales mapas en una unidad de control ECU esta dentro de las habilidades del experto en la materia.

En cuanto a la estimacion de los HC convertidos por el conducto de escape, varla de componente a componente:

catalizador DOC, NSC (Catalizador de Almacenamiento de NOx), DPF, SCR y que depende esencialmente de la conformacion del unico componente que define el ATS y de la temperatura del mismo.

Tambien la temperatura de diversos puntos del ATS esta disponible para la ECU a traves de sensores apropiados, por lo tanto tambien la implementacion de la estimacion de los HC convertidos esta dentro de las habilidades del experto en la materia.

Modelos matematicos o ensayos de banco pueden adoptarse para estimar el proceso de conversion de cada componente que define el ATS como una funcion de su temperatura.

En vista del hecho de que diversos componentes que definen el ATS pueden tener comportamientos diferentes en terminos de acumulacion o conversion de HC, el presente metodo puede implementarse de dos maneras diferentes, es decir, estimando los HC almacenados en el componente mas problematico, es decir, el componente que tiende a almacenar HC mas facilmente, que habitualmente es el catalizador (DOC o SCR) y/o el filtro de partlculas, o estimando las acumulaciones individuales de HC en los unicos componentes/dispositivos que definen el ATS.

Por lo tanto, el sistema presente puede implementarse estimando un almacenamiento de HC al menos en un dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes que define el ATS.

El metodo puede implementarse ventajosamente modificando/adaptando la unidad de procesamiento ECU del motor de combustion interna.

La Figura 3 muestra esquematicamente un motor E de combustion interna controlado mediante una unidad de procesamiento ECU, que entre los diversos parametros de motor descritos anteriormente tambien recibe una senal relacionada con al menos la temperatura del catalizador.

De acuerdo con una implementacion preferida de la presente invention, el motor de combustion interna es un ciclo diesel y el catalizador anterior es un DOC, en si conocidos.

La presente invencion puede implementarse ventajosamente mediante un programa informatico que comprende medios de codification para la implementacion de una o mas etapas del metodo, cuando este programa se ejecuta en un ordenador.

Por lo tanto, se entiende que el alcance de protection se extiende a dicho programa informatico y ademas a medios legibles por ordenador que comprenden un mensaje grabado, comprendiendo dichos medios legibles por ordenador medios de codificacion de programa para la implementacion de una o mas etapas del metodo cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.

Son posibles variantes de realization del ejemplo no limitante descrito sin alejarse del alcance de proteccion de la presente invencion.

A partir de la anterior description, el experto en la materia es capaz de implementar el objeto de la invencion sin introducir ningun detalle de construction adicional. Los elementos y las caracterlsticas mostradas en las diferentes realizaciones preferidas pueden combinarse sin alejarse del alcance de proteccion de la presente solicitud.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un metodo para evitar la acumulacion de hidrocarburos sin quemar en un conducto de sistema de postratamiento de gases de escape (ATS) de un motor de combustion interna que comprende al menos un dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes, comprendiendo el metodo la etapa preliminar de disponer dicho conducto de postratamiento de gases de escape desprovisto de cualquier precatalizador y un procedimiento para la estimacion continua (s) de una masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados en al menos dicho dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes, activando (S ON) dicho procedimiento de estimacion (S) un sistema/estrategia para la aceleracion del calentamiento del conducto de escape (ATS), mas alla de una contribucion normal del motor de combustion interna, cuando dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar excede un umbral predefinido (T1).
2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que cuando estan presentes procesos de control adicionales (S1, S2, S3,...) de dicho sistema/estrategia para la aceleracion del calentamiento del conducto de escape (ATS), dicho procedimiento de estimacion (s) tiene prioridad sobre dichos procesos adicionales (S1, S2, S3,...).
3. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho procedimiento de estimacion comprende

- calculo de una primera masa (P) de hidrocarburos sin quemar (HC) producida por dicho motor de combustion interna,

- calculo de una segunda masa (C) de hidrocarburos sin quemar (HC) convertida al menos por dicho dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes.
4. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que, en una primera ejecucion de dicho procedimiento de estimacion (S), un valor de dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados viene dada por la diferencia entre dicha primera masa (P) y dicha segunda masa (P) de hidrocarburos sin quemar (HC).
5. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que dicho valor de dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados se almacena en una memoria no volatil y en el que, para cada ejecucion adicional de dicho procedimiento de estimacion (S), un valor de dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados viene dado por la suma de dicho valor almacenado con dicha primera masa (P) a la que se resta dicha segunda masa (P) de hidrocarburos sin quemar (HC) (I=R+P-C).
6. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, cuando dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados excede un segundo umbral (T3), entonces dicho procedimiento de estimacion (s) activa un modo de limitation del calor producido por el motor de combustion interna.
7. Programa informatico que comprende medios de codigo de programa adaptados para ejecutar dicho procedimiento de estimacion (s) de las reivindicaciones 1 a 6, cuando tal programa se ejecuta en un ordenador.
8. Medios legibles por ordenador que comprenden un programa grabado, comprendiendo dichos medios legibles por ordenador medios de codigo de programa adaptados para ejecutar dicho procedimiento de estimacion (s) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
9. Sistema de postratamiento de gases de escape (ATS) de un motor de combustion interna, estando el sistema desprovisto de cualquier precatalizador y que comprende

- al menos un dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes,

- medios para la estimacion continua de una masa (I) de hidrocarburos sin quemar almacenados en al menos dicho dispositivo para la reduccion de emisiones contaminantes y para la activation (S ON) de un sistema/estrategia para la aceleracion de un calentamiento de gases de escape (ATS), cuando dicha masa (I) de hidrocarburos sin quemar excede un umbral predefinido (T1).
10. Vehlculo o maquina que comprende un motor de combustion interna y un sistema de postratamiento de gases de escape (ATS) del motor de combustion interna de acuerdo con la reivindicacion 9.