IT202100020318A1

IT202100020318A1 - Metodo di controllo di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico per un impianto di scarico dei gas esausti di un motore a combustione interna

Info

Publication number: IT202100020318A1
Application number: IT102021000020318A
Authority: IT
Inventors: Fabio Sensi; Filippo Cavanna
Original assignee: Marelli Europe Spa
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-01-29
Also published as: CN115680835A; EP4124730B1; US20230032897A1; EP4124730A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?METODO DI CONTROLLO DI UN SISTEMA DI POST-TRATTAMENTO DEI GAS DI SCARICO PER UN IMPIANTO DI SCARICO DEI GAS ESAUSTI DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA?

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione ? relativa ad un metodo di controllo di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico per un impianto di scarico dei gas esausti di un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Come noto, un motore a combustione interna ? tipicamente provvisto di un numero di cilindri, ciascuno dei quali ? collegato ad un collettore di aspirazione e ad un collettore di scarico, al quale ? collegato un condotto di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell?atmosfera.

Un sistema di post-trattamento dei gas di scarico comprende solitamente un precatalizzatore disposto lungo il condotto di scarico; un filtro antiparticolato disposto anch?esso lungo il condotto di scarico, a valle del precatalizzatore; ed un convertitore catalitico disposto lungo il condotto di scarico, a monte del filtro antiparticolato.

Il sistema di post-trattamento dei gas di scarico comprende infine anche un bruciatore destinato ad immettere dei gas di scarico (e di conseguenza calore) nel condotto di scarico in modo da velocizzare il riscaldamento del convertitore catalitico ed in modo da facilitare la rigenerazione del filtro antiparticolato. All?interno del bruciatore ? definita una camera di combustione che riceve aria fresca da un circuito di alimentazione di aria e che riceve combustibile da un iniettore, predisposto per iniettare il combustibile all?interno della camera di combustione. Inoltre, una candela ? accoppiata al bruciatore per determinare l?accensione della miscela presente all?interno della camera di combustione stesso.

I gas di scarico prodotti dal bruciatore hanno una concentrazione di inquinanti che risulta particolarmente elevata durante una fase iniziale di avviamento del bruciatore. Durante questa fase iniziale, la temperatura del convertitore catalitico ? inferiore alla temperatura di attivazione e, pertanto, il convertitore catalitico presenta una efficienza di conversione estremamente bassa degli inquinanti prodotti dal bruciatore.

Risulta pertanto di fondamentale importanza riuscire a contenere gli inquinanti che vengono liberati in atmosfera e che vengono prodotti sia dal motore a combustione interna sia dal bruciatore, in particolare durante la fase di avviamento del bruciatore stesso.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione ? fornire un metodo di controllo di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico per un impianto di scarico dei gas esausti di un motore a combustione interna il quale sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di controllo di un sistema di post-trattamento dei gas di scarico per un impianto di scarico dei gas esausti di un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente un motore a combustione interna provvisto di un sistema di posttrattamento dei gas di scarico;

- la figura 2 illustra schematicamente un dettaglio del sistema di post-trattamento dei gas di scarico illustrato nella figura 1;

- la figura 3 illustra un quadro strumenti che delimita frontalmente un abitacolo di un veicolo ed ? collegato ad una unit? di controllo elettronica ce implementa il metodo di controllo oggetto della presente invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 ? indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato, provvisto di un impianto 2 di scarico dei gas esausti in un autoveicolo (non illustrato) e avente un numero di cilindri 3, ciascuno dei quali ? collegato ad un collettore 4 di aspirazione e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata).

Il collettore 4 di aspirazione riceve una miscela di gas che comprende sia gas di scarico e aria fresca, cio? aria proveniente dall?ambiente esterno attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale ? provvisto di un filtro aria per il flusso di aria fresca ed ? regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione a valle del filtro 7 aria, ? disposto anche un debimetro 9 (meglio noto come Air Flow Meter).

Al collettore 5 di scarico ? collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione all?impianto 2 di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell?atmosfera.

Il motore 1 a combustione interna sovralimentato comprende un sistema 11 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna, realizzato mediante un turbocompressore 11 provvisto di una turbina 12, che ? disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocit? sotto l?azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 13, il quale ? disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed ? collegato meccanicamente alla turbina 12 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 12 stessa cos? da aumentare la pressione dell?aria presente nel condotto 6 di alimentazione.

L?impianto 2 di scarico dei gas ? provvisto di un sistema 14 di post-trattamento dei gas di scarico comprendente un precatalizzatore 15 disposto lungo il condotto 10 di scarico, a valle del turbocompressore 11 ed un filtro 16 antiparticolato (anche noto come Gasoline Particulate Filter) disposto anch?esso lungo il condotto 10 di scarico, a valle del precatalizzatore 15. Secondo una preferita variante, il sistema 14 di post-trattamento dei gas di scarico ? provvisto di un convertitore 17 catalitico disposto lungo il condotto 10 di scarico, a monte del filtro 16 antiparticolato. Secondo una preferita forma di realizzazione, il convertitore 17 catalitico e il filtro 16 antiparticolato sono disposti uno di seguito all?altro all?interno di uno contenitore tubolare comune.

Secondo una prima variante, il motore 1 a combustione interna ? inoltre provvisto di una sonda 18 lineare ad ossigeno di tipo UHEGO o UEGO alloggiata lungo il condotto 10 di scarico e interposta fra il turbocompressore 11 e il precatalizzatore 15 per rilevare il rapporto aria/combustibile (o titolo) dei gas di scarico (fornendo una uscita lineare che indica il contenuto di ossigeno nei gas di scarico) a valle del turbocompressore 11 e a monte del precatalizzatore 15.

Il motore a combustione interna ? inoltre provvisto di una sonda 19 lambda destinata a fornire una uscita binaria di tipo on/off che indica se il titolo dei gas di scarico ? sopra o sotto al valore stechiometrico, alloggiata lungo il condotto 10 di scarico e interposta fra il precatalizzatore 15 e l?assieme definito dal convertitore 17 catalitico e dal filtro 16 antiparticolato per rilevare la concentrazione di ossigeno all'interno dei gas di scarico a valle del precatalizzatore 15; e infine una sonda 20 lambda destinata a fornire una uscita binaria di tipo on/off che indica se il titolo dei gas di scarico ? sopra o sotto al valore stechiometrico, alloggiata lungo il condotto 10 di scarico e disposta a valle dell?assieme definito dal convertitore 17 catalitico e dal filtro 16 antiparticolato per rilevare la concentrazione di ossigeno all'interno dei gas di scarico a valle dell?assieme definito dal convertitore 17 catalitico e dal filtro 16 antiparticolato.

Il sistema 14 di post-trattamento dei gas di scarico comprende poi un bruciatore 21 destinato ad immettere dei gas di scarico (e di conseguenza calore) nel condotto 10 di scarico in modo da velocizzare il riscaldamento del precatalizzatore 15 e/o del convertitore 17 catalitico ed in modo da facilitare la rigenerazione del filtro 16 antiparticolato. Il bruciatore 21 ? disposto in modo da immettere i gas di scarico nel condotto 10 di scarico a monte del precatalizzatore 15 oppure a monte del convertitore 17 catalitico.

Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, all?interno del bruciatore 21 ? definita una camera 22 di combustione che riceve aria fresca (cio? aria proveniente dall?ambiente esterno) tramite un circuito 23 di alimentazione aria provvisto di un dispositivo 24 di pompaggio che pesca da un serbatoio 39, preferibilmente con l?interposizione di un elemento di filtraggio dell?aria e alimenta l?aria mediante un condotto 25.

La camera 22 di combustione riceve inoltre il combustibile da un iniettore 27, predisposto per iniettare il combustibile all?interno della camera 22 di combustione. Inoltre, una candela 28 ? accoppiata al bruciatore 21 per determinare l?accensione della miscela presente all?interno della camera 22 di combustione. Il motore 1 a combustione interna comprende poi un circuito 29 di alimentazione del combustibile provvisto di un dispositivo 30 di pompaggio che alimenta il combustibile mediate un condotto 31, regolato da una valvola 38.

Il motore 1 a combustione interna comprende infine un sistema 32 di controllo, il quale ? atto a sovrintendere al funzionamento del motore 1 a combustione interna stesso. Il sistema 32 di controllo comprende almeno una unit? di controllo elettronica (denominata normalmente ?ECU? ? ?Electronic Control Unit?), la quale sovrintende al funzionamento dei diversi componenti del motore 1 a combustione interna.

La candela 28 viene pilotata dalla unit? ECU di controllo elettronica per fare scoccare una scintilla tra i propri elettrodi e determinare quindi l?accensione dei gas compressi all?interno della camera 22 di combustione. Il sistema 32 di controllo comprende, inoltre, una pluralit? di sensori collegati alla unit? ECU di controllo elettronica.

I sensori comprendono, in particolare, un sensore 33 di temperatura e pressione del flusso di aria alimentata al bruciatore 21 preferibilmente alloggiato lungo il condotto 25; un sensore 34 di temperatura e pressione dei gas di scarico in uscita dal bruciatore 21 alloggiato lungo un condotto 35 di uscita; un sensore 36 di pressione del combustibile alimentato al bruciatore 21 alloggiato lungo il condotto 31. L?unit? ECU di controllo elettronica ? inoltre collegata alla sonda 18 lineare ad ossigeno di tipo UHEGO o UEGO e alle sonde 19, 20 lambda da cui riceve segnali indicativi del rapporto aria/combustibile (o titolo) dei gas di scarico.

Nella figura 3, con il numero 40 ? indicato un quadro strumenti supportato da un cruscotto (non illustrato) che delimita frontalmente un abitacolo di un veicolo. Il quadro 40 strumenti ? disposto di fronte al guidatore immediatamente dietro ad un volante. Il quadro 40 strumenti comprende uno schermo 41, il quale ? solitamente completamente programmabile (ovvero pu? venire programmato per visualizzare qualunque tipo di informazione). Il quadro 40 strumenti comprende almeno uno strumento 42 analogico a lancetta (ovvero uno strumento che utilizza una lancetta mobile) per indicare la misura della velocit? del veicolo ed uno strumento 43 analogico a lancetta (ovvero uno strumento che utilizza una lancetta mobile) per indicare la misura del numero di giri del motore 1 a combustione interna.

Il quadro 40 strumenti ? inoltre provvisto di una pluralit? di aree grafiche indicate con 44. Nel particolare esempio descritto, le aree 44 grafiche comprendono una area grafica 44* in cui viene visualizzata una mappa stradale per assistere il conducente durante la guida, ed una area grafica 44** comprendente a sua volta un numero di indicatori 45 (o spie 45) destinati a fornire rispettive informazioni al conducente sulla guida e/o sullo stato del veicolo.

In particolare, l?area 44** grafica comprende un indicatore 45 pilotato dalla unit? ECU di controllo elettronica e atto a fornire indicazioni relative al bruciatore 21.

In uso, durante il normale funzionamento del sistema 14 di post-trattamento dei gas di scarico sono previste le condizioni di lavoro descritte nella trattazione che segue.

Durante una fase di avvio, l?unit? ECU di controllo elettronica ? predisposta per mantenere acceso l?indicatore 45. In questa fase di avvio, il motore 1 a combustione interna ? spento mentre viene pilotata l?accensione del bruciatore 21. Durante la fase di avvio, la temperatura del precatalizzatore 15 e/o del convertitore 17 catalitico ? inferiore ad una temperatura di attivazione e la concentrazione di inquinanti prodotti dal bruciatore 21 (rilevata da una delle sonde 18, 19, 20 a valle del bruciatore 21) ? superiore ad un valore limite. La fase di avvio ha inizio, quando l?unit? ECU di controllo elettronica rileva la presenza della chiave e/o quando vengono sbloccate le porte attraverso un comando del guidatore dal telecomando.

La fase di avvio si conclude, invece, quando l?unit? ECU di controllo elettronica rileva una temperatura del precatalizzatore 15 e/o del convertitore 17 catalitico superiore o uguale alla temperatura di attivazione; una volta conclusa la fase di avvio, l?unit? ECU di controllo elettronica ? predisposta per spegnere l?indicatore 45 e il guidatore pu? accendere il motore 1 a combustione interna.

Nel caso in cui il guidatore decida di accendere il motore 1 a combustione interna prima dello spegnimento dell?indicatore 45 (cio?, in altre parole, prima che si concluda la fase di avvio e prima che la temperatura del precatalizzatore 15 e/o del convertitore 17 catalitico sia superiore o uguale alla temperatura di attivazione), l?unit? ECU di controllo elettronica ? predisposta per mantenere l?indicatore 45 acceso fino al successivo spegnimento del motore 1 a combustione interna.

Alternativamente, nel momento in cui viene rilevato un guasto/malfunzionamento del bruciatore 21, l?unit? ECU di controllo elettronica ? predisposta per pilotare l?accensione dell?indicatore 45 in modo da segnalare al guidatore il guasto/malfunzionamento.

Nel caso in cui il bruciatore 21 debba essere acceso manualmente dal guidatore del veicolo, l?indicatore 45 ? destinato a segnalare al guidatore la necessit? di avviare il bruciatore 21. L?indicatore 45 viene acceso quando l?unit? ECU di controllo elettronica rileva la presenza della chiave e/o quando vengono sbloccate le porte attraverso un comando del guidatore dal telecomando, in modo che il guidatore possa procedere con l?avvio del bruciatore 21. L?indicatore 45 viene poi spento quando quando l?unit? ECU di controllo elettronica rileva una temperatura del precatalizzatore 15 e/o del convertitore 17 catalitico superiore o uguale alla temperatura di attivazione.

Appare evidente che l?unit? ECU di controllo elettronica introdotta nella trattazione che precede pu? essere una unit? ECU di controllo elettronica dedicata che sovraintende al funzionamento del bruciatore 21 oppure pu? trattarsi della unit? ECU di controllo elettronica che sovraintende al funzionamento del motore 1 a combustione interna. Inoltre, ? altres? importante evidenziare che il collegamento fra l?unit? ECU di controllo elettronica e l?indicatore 45 pu? essere alternativamente realizzato mediante connessione CAN oppure filare.

Il sistema 14 di post-trattamento dei gas di scarico e il metodo fin qui descritti presentano alcuni vantaggi; in particolare consentono di contenere gli inquinanti che vengono liberati in atmosfera prodotti dal bruciatore 21 durante la fase di avviamento del bruciatore 21 stesso.

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO

1 motore a combustione interna

2 impianto di scarico

3 cilindri

4 collettore di aspirazione

5 collettore di scarico

6 condotto di aspirazione

7 filtro aria

8 valvola a farfalla

9 debimetro

10 condotto di scarico

11 turbocompressore

12 turbina

13 compressore

14 sistema di post trattamento

15 precatalizzatore

16 filtro antiparticolato

17 convertitore catalitico

18 sonda lineare

19 sonda lambda

20 sonda lambda

21 bruciatore

22 camera di combustione

23 circuito di alimentazione aria

24 dispositivo di pompaggio

25 condotto

26 valvola di intercettazione

27 iniettore

28 candela

29 circuito di alimentazione combustibile 30 dispositivo di pompaggio

31 condotto

32 sistema di controllo

33 sensore P, T

34 sensore P, T

35 condotto di uscita

36 sensore P, T

38 valvola

39 Serbatoio dell?aria

40 quadro strumenti

41 schermo

42 strumento analogico

43 strumento analogico

44 area grafica

45 indicatori

ECU unit? di controllo elettronica

Claims

RIVENDICAZIONI

1.- Metodo per controllare un sistema (14) di posttrattamento dei gas di scarico per un impianto (2) di scarico dei gas esausti di un motore (1) a combustione interna avente un condotto (10) di scarico; il sistema (14) comprende almeno un catalizzatore (15, 17) disposto lungo il condotto (10) di scarico ed un bruciatore (21) destinato ad immettere dei gas di scarico nel condotto (10) di scarico in modo da velocizzare il riscaldamento del detto almeno un catalizzatore (15, 17), in cui all?interno del bruciatore (21) ? definita una camera (22) di combustione che riceve aria fresca tramite un circuito (23) di alimentazione aria provvisto di un dispositivo (24) di pompaggio alloggiato lungo un condotto (25) ed il combustibile da un iniettore (27), predisposto per iniettare il combustibile all?interno della camera (22) di combustione ed una candela (28) accoppiata al bruciatore (21) per determinare l?accensione della miscela presente all?interno della camera (22) di combustione; il metodo comprende le fasi di:

inserire un indicatore (45) in un quadro strumenti (40) di un veicolo dotato del motore (1) a combustione interna destinato a fornire ad un guidatore del veicolo indicazioni relative al bruciatore (21); e

mantenere acceso l?indicatore (45) durante una fase di avvio in cui la temperatura del detto almeno un catalizzatore (15, 17) ? inferiore ad una temperatura di attivazione.

2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la detta fase di avvio ha inizio quando viene rilevata la presenza della chiave e/o quando vengono sbloccate le porte attraverso un comando del guidatore dal telecomando del veicolo.

3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui durante la fase di avvio il motore (1) a combustione interna ? spento mentre il bruciatore (21) ? acceso.

4.- Metodo secondo la rivendicazione 3 e comprendente l?ulteriore fase di mantenere acceso l?indicatore (45) fino allo spegnimento del motore (1) a combustione interna nel caso in cui il motore (1) a combustione interna sia avviato prima che la temperatura del detto almeno un catalizzatore (15, 17) sia superiore alla temperatura di attivazione.

5.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti e comprendente l?ulteriore fase di pilotare l?accensione del detto indicatore (45) quando viene rilevato un guasto/malfunzionamento del bruciatore (21) in modo da segnalare al guidatore il guasto/malfunzionamento.