ES2280056T3 - Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion de un motor de vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (1) integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor está asociado a un turbocompresor (5, 6) y a medios (7) de alimentación con rampa común de inyección de carburante en cilindros del motor, según por lo menos una post-inyección, y adaptados para llevar a cabo, en iso-par, por lo menos dos estrategias de regeneración de primero y segundo nivel (10, 11), según distintos parámetros de control de funcionamiento del motor, con objeto de obtener niveles térmicos distintos en la línea de escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel (10) superior al correspondiente a la estrategia de primer nivel (11), caracterizado porque incluye medios (9) de adquisición del nivel térmico en la línea de escape, medios (8) de comparación de dicho nivel térmico con un valor de umbral de seguridad de la turbina (5) del turbocompresor, para, en caso de sobrepasardicho valor de umbral, durante la aplicación de la estrategia de segundo nivel (10), pilotar los medios de alimentación (7) con objeto de regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control del funcionamiento del motor, para reducir el nivel térmico en la línea de escape (3) y, si dicho nivel térmico no se ha reducido por debajo del valor de umbral al cabo de un primer período de tiempo predeterminado, pilotar los medios de alimentación (7) para bascular hacia la estrategia de primer nivel y, si dicho nivel térmico de la línea de escape sigue sin descender por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo período de tiempo, detener la estrategia de regeneración.
Description
Sistema de ayuda a la regeneración de medios de
descontaminación de un motor de vehículo automóvil.
La presente invención se refiere a un sistema de
ayuda a la regeneración de medios de descontaminación integrados en
una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil.
Más concretamente, la invención se refiere a un
sistema tal en el que el motor está asociado a un turbocompresor y
a medios de alimentación con rampa común de inyección de carburante
en cilindros del motor, según por lo menos una
post-inyección, y adaptados para llevar a cabo, en
iso-par, por lo menos dos estrategias de
regeneración de primero y segundo nivel, según distintos parámetros
de control de funcionamiento del motor, con objeto de obtener
niveles térmicos distintos en la línea de escape, siendo el nivel
térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel superior
al correspondiente a la estrategia de primer nivel.
Durante la regeneración de medios de
descontaminación, como un filtro para partículas, un catalizador de
oxidación tras un envenenamiento por azufre, una trampa de NOx para
una desulfatación o una trampa de SOx, es necesario elevar
fuertemente la temperatura de los gases de escape del motor, con
objeto de obtener una regeneración rápida y minimizar así el
sobreconsumo de carburante asociado a dicha regeneración.
Sin embargo, esto requiere aumentar muy
fuertemente la temperatura en la línea de escape y, por lo tanto,
de los elementos integrados en la misma.
Algunas estrategias se basan asimismo en el uso
de la conversión de los hidrocarburos no quemados procedentes de la
combustión en el motor, mediante medios que forman catalizador, para
elevar aún más el nivel térmico en la línea de escape.
Sin embargo, unos niveles térmicos demasiado
elevados pueden conducir a la rotura de, por ejemplo, el tramo de
turbina del turbocompresor.
Por lo tanto, es necesario controlar bien los
niveles térmicos aplicados durante la regeneración.
El documento US 200310056498 describe un sistema
de ayuda a la regeneraciónde un filtro para partículas en la línea
de escape de un motor Diesel, en el que el motor está asociado a un
turbocompresor. En este sistema, se incrementa la temperatura en la
línea de escape mediante una post-inyección de
carburante. Según dicho documento, se conoce el comando de la
cantidad de carburante post-inyectado y el tiempo de
inyección, de manera que se respeten los límites de temperatura de
la turbina del turbocompresor.
La invención tiene por objeto un sistema de
ayuda a la regeneración de medios de descontaminación integrados en
una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil, en el
que el motor está asociado a un turbocompresor y a medios de
alimentación con rampa común de inyección de carburante en cilindros
del motor, según por lo menos una post-inyección, y
adaptados para llevar a cabo, en iso-par, por lo
menos dos estrategias de regeneración de primero y segundo nivel,
según distintos parámetros de control de funcionamiento del motor,
con objeto de obtener niveles térmicos distintos en la línea de
escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de
segundo nivel superior al correspondiente a la estrategia de primer
nivel, caracterizado porque incluye medios de adquisición del nivel
térmico en la línea de escape, medios de comparación de dicho nivel
térmico con un nivel de umbral de seguridad de la turbina del
turbocompresor, para, en caso de sobrepasar dicho valor de umbral,
durante la aplicación de la estrategia de segundo nivel, pilotar los
medios de alimentación con objeto de regular progresivamente por lo
menos uno de los parámetros de control del funcionamiento del
motor, de manera a reducir el nivel térmico en la línea de escape y,
si dicho nivel térmico no se ha reducido por debajo del valor de
umbral al cabo de un primer período de tiempo predeterminado,
pilotar los medios de alimentación para bascular hacia la
estrategia de primer nivel y, si dicho nivel térmico de la línea de
escape sigue sin descender por debajo del valor de umbral de
seguridad al cabo de un segundo período de tiempo, detener la
estrategia de regeneración.
Según otras características:
- -
- los medios de alimentación están adaptados para llevar a cabo dos post-inyecciones sucesivas;
- -
- durante la regulación, los medios de alimentación se adaptan para reducir progresivamente el caudal de carburante de la segunda post-inyección;
- -
- los medios de alimentación están adaptados para reducir el caudal de la segunda post-inyección utilizando un factor corrector incluido entre 0 y 1, y determinado a partir de la diferencia entre el nivel térmico adquirido en la línea de escape y el valor de umbral de seguridad;
- -
- se determina el factor corrector mediante un regulador del tipo PI con ganancia no linear;
- -
- los medios de adquisición del nivel térmico incluyen por lo menos un sensor de temperatura;
- -
- se puede calibrar el valor de umbral de seguridad;
- -
- los medios de descontaminación incluyen un filtro para partículas;
- -
- los medios de descontaminación incluyen una trampa de NOx;
- -
- los medios de descontaminación incluyen un catalizador de oxidación;
- -
- los medios de oxidación incluyen una trampa de SOx;
- -
- el carburante incluye un aditivo destinado a depositarse, junto con las partículas con las que se mezcla, en los medios de descontaminación para facilitar su regeneración; y
- -
- el carburante incluye un aditivo que forma una trampa de NOx.
La invención se entenderá mejor con la lectura
de la siguiente descripción, proporcionada únicamente a título de
ejemplo y realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
- la Fig. 1 representa un esquema
sinóptico que ilustra la estructura de un sistema de ayuda a la
regeneración según la invención; y
- la Fig. 2 ilustra el funcionamiento
de medios de pilotaje que entran en la constitución de dicho
sistema de ayuda a la regeneración.
En la figura 1 se ha ilustrado un sistema de
ayuda a la regeneración de medios de descontaminación designados
mediante la referencia general 1, por ejemplo asociados a medios que
forman un catalizador de oxidación, designados mediante la
referencia general 2, e integrados en una línea de escape designada
mediante la referencia general 3, de un motor Diesel 4 de vehículo
automóvil.
Los medios que forman el catalizador se sitúan
aguas arriba de los medios de descontaminación.
El motor está asociado a un turbocompresor cuyo
tramo de turbina 5 está dispuesto en la línea de escape y cuyo
tramo de compresor 6 está dispuesto aguas arriba del motor.
Los medios de descontaminación pueden incluir,
por ejemplo, un filtro para partículas, una trampa de NOx, un
catalizador de oxidación, una trampa para SOx, etc.
Se observa asimismo que, de manera clásica, el
carburante puede incluir un aditivo destinado a depositarse, junto
con las partículas con las que se mezcla, en los medios de
descontaminación para facilitar su regeneración reduciendo la
temperatura de combustión de los hollines atrapados en los
mismos.
De manera clásica, dicho aditivo está presente
en las partículas tras la combustión del carburante adicionado en
el motor.
Se puede plantear asimismo un aditivo que forme
una trampa de NOx.
El motor está asociado asimismo a medios de
alimentación con rampa común de inyección de carburante en cilindros
del motor, según por lo menos una
post-inyección.
Dichos medios están designados mediante la
referencia general 7 en dicha figura y están asociados a medios de
pilotaje designados mediante la referencia general 8, para llevar a
cabo, en iso-par, por lo menos dos estrategias de
regeneración de primero y segundo nivel, según distintos parámetros
de control de funcionamiento del motor, con objeto de obtener
niveles térmicos distintos en la línea de escape, siendo el nivel
térmico correspondiente a la estrategia de segundo nivel superior
al correspondiente a la estrategia de primer nivel.
Esto se consigue modificando los parámetros de
control de funcionamiento del motor, tales como por ejemplo el aire
de admisión, mediante regulación de la mariposa de admisión en el
motor, mediante regulación de la presión de consigna del
turbocompresor o mediante regulación de la cantidad de carburante
inyectada en el motor, por ejemplo durante
post-inyecciones, de manera clásica.
Se sabe en efecto que la regeneración de dichos
medios de descontaminación puede realizarse mediante el uso de
múltiples inyecciones en los cilindros del motor, especialmente
durante su fase de descanso.
Con objeto de limitar el nivel térmico en la
línea de escape durante la regeneración, los medios de pilotaje
llevan a cabo en permanencia un control de la temperatura dentro de
la misma, para adaptar las características de las distintas
inyecciones (caudal, principio de inyección, etc.), con el fin de
reducir el nivel térmico en la línea cuando es demasiado
elevado.
En realidad, este sistema incluye medios de
adquisición del nivel térmico en la línea de escape, designados
mediante la referencia general 9 en dicha figura, medios de
comparación de dicho nivel térmico con un valor de umbral de
seguridad de la turbina del turbocompresor, formados por los medios
de pilotaje 8 para, en caso de sobrepasar dicho valor de umbral
durante la aplicación de la estrategia de segundo nivel, designada
mediante la referencia general 10, pilotar los medios de
alimentación 7 con objeto de regular progresivamente por lo menos
uno de los parámetros de control del funcionamiento del motor, de
manera a reducir el nivel térmico de la línea de escape y, si dicho
valor no se ha reducido por debajo del valor de umbral al cabo de un
primer período de tiempo predeterminado, pilotar los medios de
alimentación para bascular hacia la estrategia de primer nivel,
designada mediante la referencia general 11 y, si dicho nivel
térmico en la línea de escape sigue sin reducirse por debajo del
valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo período de tiempo
predeterminado, detener la estrategia de regeneración.
En realidad, los medios 9 de adquisición del
nivel térmico de la línea de escape pueden incluir un sensor de
temperatura situado en la misma, por ejemplo a proximidad del tramo
de turbina del turbocompresor.
Se ilustra la regulación en la figura 2, en la
que se puede observar que un comparador designado mediante la
referencia general 12 recibe a la entrada el valor de umbral de
seguridad umbral-seguridad, de la turbina del
turbocompresor, y el nivel térmico NT en la línea de escape
adquirido como se ha descrito anteriormente.
La salida de dicho comparador 12 está conectada
a un regulador del tipo PI con ganancia no linear designado
mediante la referencia general 13, adaptado para entregar una
información de corrección a un corrector 14 para reducir
progresivamente el caudal de carburante de una segunda
post-inyección en el caso en que los medios de
alimentación 7 están adaptados para llevar a cabo dos
post-inyecciones sucesivas.
Se entiende entonces que, en este caso, los
medios de alimentación 7 están adaptados para reducir el caudal de
la segunda post-inyección utilizando un factor
corrector incluido entre 0 y 1 y determinado a partir de la
diferencia entre el nivel térmico en la línea de escape NT y el
valor de umbral de seguridad umbral-seguridad.
Por supuesto, se puede calibrar el valor de
umbral de seguridad.
Se entiende entonces que el objetivo de este
sistema es limitar el nivel térmico dentro de la línea de escape,
con objeto de preservar la integridad de la turbina del
turbocompresor.
Sólo se pueden producir picos de temperatura
excesiva cuando el sistema de ayuda a la regeneración funciona en
nivel 2.
Comparando la temperatura medida de manera
instantánea con un umbral, se determina si se sobrepasa una
temperatura crítica o no.
A continuación, en función de la diferencia con
relación al umbral, se modifica la estrategia de ayuda a la
regeneración (caudal y fases de las distintas inyecciones) para
reducir dicha temperatura manteniéndose al mismo tiempo el
iso-par, por ejemplo reduciendo el caudal de
post-inyección.
En el ejemplo descrito, la estrategia de
regeneración emplea inyecciones múltiples especialmente dos
post-inyecciones. El calibrado puede realizarse
entonces para la segunda post-inyección.
La corrección sobre la cantidad de carburante en
post-inyección se realiza mientras el nivel térmico
de la línea de escape se mantiene por encima del umbral de
seguridad. Si, a pesar de la reducción de las cantidades
inyectadas, el nivel térmico no vuelve a descender por debajo del
umbral al cabo de un primer período de tiempo, se obliga entonces
al sistema a bascular hacia la estrategia de nivel 1.
Si, incluso después de haber basculado hacia
dicha estrategia de nivel 1, el nivel térmico sigue siendo excesivo
durante un período de tiempo predeterminado, se detiene la
regeneración.
De este modo, si el nivel térmico de la línea NT
línea, medido mediante la temperatura en la línea, sobrepasa un
umbral calibrable T.máx, se reduce progresivamente el caudal de la
post-inyección nº 2, multiplicándolo por un factor
corrector incluido entre 0 y 1, Kturbina, dado por un regulador del
tipo PI con ganancia no lineal en función de la diferencia de
temperatura entre el valor medido y el valor de la seguridad de la
turbina.
En este momento se activa un contador de tiempo.
Al cabo de un tiempo calibrable tsecuturbi, se fuerza el sistema de
ayuda a la regeneración en nivel 1 durante un tiempo mínimo
calibrable tniv1turb. Si, al cabo de dicho tiempo tniv1turb, el
nivel térmico sigue sin descender por debajo del umbral de seguridad
T.máx, se detiene la regeneración.
Se entiende entonces que dicho sistema permite
asegurar la seguridad de funcionamiento de la turbina del
turbocompresor.
Por supuesto, se pueden plantear otros modos de
realización.
Por ejemplo, los medios de descontaminación y
los medios que forman el catalizador de oxidación pueden integrarse
en un único y mismo elemento, especialmente en un mismo
sustrato.
A título de ejemplo, se puede plantear un filtro
para partículas que integre la función de oxidación.
Asimismo, se puede plantear un trampa para NOx
que integre dicha función de oxidación, lleve aditivo o no.
Esta función de oxidación y/o de trampa para NOx
puede llenarse por ejemplo con un aditivo mezclado con el
carburante.
Finalmente, los medios de descontaminación
pueden incluir asimismo un catalizador de oxidación o una trampa
para SOx.
Claims (13)
1. Sistema de ayuda a la regeneración de medios
de descontaminación (1) integrados en una línea de escape (3) de un
motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor está
asociado a un turbocompresor (5, 6) y a medios (7) de alimentación
con rampa común de inyección de carburante en cilindros del motor,
según por lo menos una post-inyección, y adaptados
para llevar a cabo, en iso-par, por lo menos dos
estrategias de regeneración de primero y segundo nivel (10, 11),
según distintos parámetros de control de funcionamiento del motor,
con objeto de obtener niveles térmicos distintos en la línea de
escape, siendo el nivel térmico correspondiente a la estrategia de
segundo nivel (10) superior al correspondiente a la estrategia de
primer nivel (11), caracterizado porque incluye medios (9) de
adquisición del nivel térmico en la línea de escape, medios (8) de
comparación de dicho nivel térmico con un valor de umbral de
seguridad de la turbina (5) del turbocompresor, para, en caso de
sobrepasar dicho valor de umbral, durante la aplicación de la
estrategia de segundo nivel (10), pilotar los medios de alimentación
(7) con objeto de regular progresivamente por lo menos uno de los
parámetros de control del funcionamiento del motor, para reducir el
nivel térmico en la línea de escape (3) y, si dicho nivel térmico no
se ha reducido por debajo del valor de umbral al cabo de un primer
período de tiempo predeterminado, pilotar los medios de alimentación
(7) para bascular hacia la estrategia de primer nivel y, si dicho
nivel térmico de la línea de escape sigue sin descender por debajo
del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo período de
tiempo, detener la estrategia de regeneración.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de alimentación (7) están
adaptados para llevar a cabo dos post-inyecciones
sucesivas.
3. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado porque, durante la regulación, los medios de
alimentación (7) están adaptados para reducir progresivamente el
caudal de carburante de la segunda
post-inyección.
4. Sistema, según la reivindicación 3,
caracterizado porque los medios de alimentación (7) están
adaptados para reducir el caudal de la segunda
post-inyección utilizando un factor corrector
incluido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre
el nivel térmico adquirido en la línea de escape y el valor de
umbral de seguridad.
5. Sistema, según la reivindicación 4,
caracterizado porque el factor corrector está determinado por
un regulador del tipo PI con ganancia no linear
(13).
(13).
6. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de adquisición del nivel térmico incluyen por lo menos un sensor de
temperatura (9).
7. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor de
umbral de seguridad es calibrable.
8. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) incluyen un filtro para partículas.
9. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) incluyen una trampa para NOx.
10. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) incluyen una trampa para SOx.
11. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) incluyen un catalizador de oxidación.
12. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
carburante incluye un aditivo destinado a depositarse junto con las
partículas con las que está mezclado, en los medios de
descontaminación para facilitar su regeneración.
13. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el carburante
incluye un aditivo que forma una trampa para NOx.
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