ES2293599T3 - Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion en una linea de escape de un motor. - Google Patents

Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion en una linea de escape de un motor. Download PDF

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Abstract

Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (1) asociados a medios que forman un catalizador de oxidación (2) que pone en práctica una función OSC, que constituye una reserva de oxígeno, e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor está asociado a medios (7) de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de éste, caracterizado por que consta de medios (8) de determinación de la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación y de comparación de ésta con valores de umbral predeterminados (10), para gobernar el motor (4) según un primer modo de funcionamiento de regeneración con mezcla pobre (11) para las frecuencias inferiores a los valores de umbral o según un segundo modo de funcionamiento de regeneración que pone en práctica secuencias de funcionamiento del motor que alternan fases de funcionamiento con mezcla rica y con mezcla pobre (12) para las frecuencias superiores alos valores de umbral.

Description

Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación en una línea de escape de un motor.
La presente invención concierne a un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación, asociados a medios que forman un catalizador de oxidación que pone en práctica una función OSC que constituye una reserva de oxígeno, integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil.
Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de esta clase en el que el motor está asociado a medios de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de éste.
Para asegurar la regeneración de los medios de descontaminación, tales como un filtro de partículas, los hollines atrapados en éste se queman gracias a la energía térmica proporcionada por el motor y a la exoterma realizada por la conversión de los HC y del CO en los medios que forman el catalizador de oxidación colocados aguas arriba del filtro de partículas.
Esta combustión puede estar asistida por un elemento catalizador mezclado con los hollines, procedente por ejemplo de un aditivo de ayuda a la regeneración, mezclado con el carburante de alimentación del motor o bien mediante un catalizador depositado directamente sobre las paredes del filtro de partículas (filtro de partículas catalizado).
Cuanto más elevados sean los niveles térmicos en la línea de escape a la entrada del filtro de partículas, más corto es el período de regeneración del filtro.
Ahora bien, en condiciones de rodadura críticas, como por ejemplo en ciudad o en embotellamientos, los niveles térmicos conseguidos mediante las estrategias clásicas de ayuda a la regeneración del filtro de partículas, pueden resultar insuficientes para asegurar la regeneración correcta del filtro, lo que puede traducirse en regeneraciones muy largas y por tanto muy consumidoras de carburante, e incluso incompletas.
Cualquier estrategia de elevación de los niveles térmicos durante estas rodaduras críticas permite asegurar regeneraciones completas, reducir el exceso de consumo debido a esta regeneración del filtro de partículas y, sobre todo, aumentar el margen de seguridad respecto a la fisuración o la rotura de este filtro.
La finalidad de la invención es proponer una estrategia de esta clase.
Con este fin, la invención tiene por objeto un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación, asociados a medios que forman un catalizador de oxidación que pone en práctica una función OSC, que constituye una reserva de oxígeno, e integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil, en el que el motor está asociado a medios de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de éste, caracterizado porque consta de medios de determinación de la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación y de comparación de ésta con valores de umbral predeterminados, para gobernar el motor según un primer modo de funcionamiento de regeneración con mezcla pobre, para las frecuencias inferiores a los valores de umbral, o según un segundo modo de funcionamiento de regeneración que pone en práctica secuencias de funcionamiento del motor que alternan fases de funcionamiento con mezcla rica y con mezcla pobre, para las frecuencias superiores a los valores de umbral.
Según otras características:
- los medios de descontaminación comprenden un filtro de partículas;
- el filtro de partículas está catalizado;
- los medios de descontaminación comprenden una trampa de NOx;
- el carburante incluye un aditivo destinado a depositarse con las partículas con las que se mezcle, en los medios de descontaminación, para facilitar su regeneración;
- el carburante incluye un aditivo que forma una trampa de NOx;
- los medios de descontaminación están impregnados con una formulación SCR, que asegura una función de oxidación CO/HC;
- el motor está asociado a un turbocompresor; y
- la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación se determina a partir de la cinco últimas tentativas de regeneración de estos.
La invención se comprenderá mejor tras la lectura de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y con referencia a los dibujos anejos, en los que:
- la Fig. 1 representa un esquema sinóptico que ilustra la estructura de un sistema de ayuda según la invención; y
- la Fig. 2 ilustra el funcionamiento de éste.
En efecto, en la figura 1 se ilustra un sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación, indicados con la referencia general 1, asociados a medios que forman un catalizador de oxidación, que pone en práctica una función OSC que constituye una reserva de oxígeno, indicados con la referencia general 2, y colocados en una línea de escape 3 de un motor de vehículo automóvil.
Este motor está indicado con la referencia general 4 y puede estar asociado, por ejemplo, a un turbocompresor cuya parte de turbina 5 está asociada a la línea de escape y cuya parte de compresor 6 está colocada aguas arriba del motor.
Tales medios que forman un catalizador de oxidación que pone en práctica una función OSC ya son conocidos en el estado de la técnica.
El motor está asociado a medios de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de éste, indicados con la referencia general 7, cuyo funcionamiento se controla mediante un supervisor 8.
Según la invención, este sistema comprende igualmente medios de determinación de la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación y medios de comparación de ésta con valores de umbral predeterminados para controlar el funcionamiento del motor.
Estos medios, formados por ejemplo por el supervisor 8, están unidos a medios de determinación de esta frecuencia, indicados con la referencia general 9, que remiten ésta al supervisor 8 de manera que permiten que éste la compare con valores de umbral, tales como los remitidos por medios de generación 10 que incluyen todos los medios apropiados que permiten establecer estos valores de umbral.
En efecto, es importante la determinación de la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación.
Esta frecuencia se determina mediante cálculo a partir de la distancia media recorrida, por ejemplo entre las cinco últimas regeneraciones, teniendo en cuenta las cinco últimas tentativas de regeneración o de activaciones de la petición de ayuda a la regeneración que hayan dado lugar a un balance de regeneración.
Este cálculo está basado en el kilometraje existente al comienzo de las peticiones de ayuda a la regeneración.
Para evitar regeneraciones demasiado frecuentes se graba, por ejemplo en memoria de tipo E-EPROM, el kilometraje existente entre cada regeneración para las cinco regeneraciones.
A partir de estos cinco valores es posible calcular una media kilométrica de regeneración para determinar esta frecuencia de regeneración.
Por supuesto, pueden preverse otros modos de realización.
Este número así determinado se compara a continuación con valores de umbral para determinar la estrategia óptima a aplicar.
En función del resultado de esta comparación se adaptan el supervisor y los medios de rampa común de alimentación de carburante, para gobernar el motor según un primer modo de funcionamiento de regeneración con mezcla pobre, para las frecuencias inferiores a los valores de umbral (distancia media entre regeneraciones superior a un valor de umbral), o según un segundo modo de funcionamiento de regeneración que pone en práctica secuencias de funcionamiento del motor que alternan fases de funcionamiento con mezcla rica y con mezcla pobre, para las frecuencias superiores a los valores de umbral (distancia media entre regeneraciones inferior al valor umbral). Estas fases de funcionamiento con mezcla rica o pobre se establecen, de forma clásica, modificando parámetros de control del funcionamiento del motor.
Estas estrategias están indicadas, respectivamente, con las referencias generales 11 y 12 en esta figura.
Esto se ilustra en la figura 2, en la que son evidentes las exotermas relacionadas con el paso a modo de funcionamiento rico del motor.
En modo rico, el motor Diesel emite en los gases de escape gran cantidad de CO y de hidrocarburos inquemados.
Por otra parte, la cantidad de oxígeno presente en los gases se reduce fuertemente (inferior al 2-3% y a veces a menos del 1%). El paso de estos gases dentro de los medios que forman el catalizador de oxidación permite la combustión del CO y de los HC mediante el oxígeno presente en los gases.
\newpage
A fin de poder convertir mayor cantidad de CO y de los HC es deseable poner a su disposición mayor cantidad de oxígeno.
Con este fin, la presencia del componente de tipo OSC que constituye una reserva de oxígeno (Oxygen Storage Capacity), tal como por ejemplo cerio que almacena el oxígeno en forma de cerina - CeO_{2} - o un óxido mixto de cerio y de zirconio, en los medios que forman el catalizador de oxidación, permite liberar oxígeno durante los pasos del motor a modo rico.
La combustión del CO y de los HC es una reacción exotérmica y permite aumentar los niveles térmicos en la salida de los medios que forman el catalizador de oxidación, es decir, de hecho en la entrada del filtro de partículas.
En modo de funcionamiento pobre del motor (modo RG FAP) se tienen muchos menos reductores (CO, HC) que en modo de funcionamiento rico, pero a pesar de tener una proporción de oxígeno menos elevada, compensada en parte por la presencia del componente OSC, la exoterma producida por los medios que forman el catalizador de oxidación es más importante en modo rico que en modo de regeneración pobre del filtro de partículas.
El paso a modo de funcionamiento rico permite pues calentar más tiempo los gases de escape, lo que acelera la velocidad de regeneración del filtro de partículas.
En el caso de un filtro de partículas que utilice un aditivo de ayuda a la regeneración, el aumento de los niveles térmicos permite reducir la dosificación de aditivo y aumentar de este modo la distancia recorrida por el vehículo antes de la limpieza del filtro.
En efecto, se sabe que puede mezclarse un aditivo de esta clase con el carburante de alimentación del motor para que se deposite en el filtro de partículas con las partículas con las que se mezcle, a fin de disminuir la temperatura de combustión de los hollines atrapados en éste.
De forma clásica, en efecto, este aditivo está presente en las partículas después de la combustión del carburante aditivado en el motor.
Por supuesto, pueden preverse modos diferentes de realización. De este modo, por ejemplo, los medios de descontaminación pueden constar de un filtro de partículas, catalizado o no, una trampa de NOx, etc.
Estos medios de descontaminación también pueden estar impregnados con una formulación SCR que asegure una función de oxidación CO/HC de manera clásica.
Por otra parte, los medios de descontaminación y los medios que forman el catalizador de oxidación pueden estar integrados en un solo elemento, especialmente en el mismo sustrato.
A título de ejemplo, puede preverse un filtro de partículas que integre la función de oxidación.
Igualmente puede preverse una trampa de NOx que integre este tipo de función de oxidación, que esté aditivada o no.
Esta función de oxidación y/o de trampa de NOx puede desempeñarla, por ejemplo, un aditivo mezclado con el carburante.
Así pues, tal como se ilustra en la figura 2, se comprende que el gobierno del motor permite aumentar los niveles térmicos respecto a un funcionamiento estándar, especialmente para los estados de carga críticos, lo que permite una regeneración más rápida y más completa del filtro.

Claims (9)

1. Sistema de ayuda a la regeneración de medios de descontaminación (1) asociados a medios que forman un catalizador de oxidación (2) que pone en práctica una función OSC, que constituye una reserva de oxígeno, e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el que el motor está asociado a medios (7) de rampa común de alimentación de carburante de los cilindros de éste, caracterizado porque consta de medios (8) de determinación de la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación y de comparación de ésta con valores de umbral predeterminados (10), para gobernar el motor (4) según un primer modo de funcionamiento de regeneración con mezcla pobre (11) para las frecuencias inferiores a los valores de umbral o según un segundo modo de funcionamiento de regeneración que pone en práctica secuencias de funcionamiento del motor que alternan fases de funcionamiento con mezcla rica y con mezcla pobre (12) para las frecuencias superiores a los valores de umbral.
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de descontaminación comprenden un filtro de partículas (1).
3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque el filtro de partículas está catalizado.
4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de descontaminación comprenden una trampa de NOx.
5. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el carburante incluye un aditivo destinado a depositarse con las partículas con las que se mezcle, en los medios de descontaminación, para facilitar su regeneración.
6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el carburante incluye un aditivo que forma una trampa de NOx.
7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de descontaminación (1) están impregnados con una formulación SCR, que asegura una función de oxidación CO/HC.
8. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el motor (4) está asociado a un turbocompresor (5, 6).
9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la frecuencia de regeneración de los medios de descontaminación se determina a partir de las cinco últimas tentativas de regeneración de estos.
ES05778244T 2004-06-23 2005-06-21 Sistema de ayuda a la regeneracion de medios de descontaminacion en una linea de escape de un motor. Active ES2293599T3 (es)

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