ES2310771T3 - Sistema de ayuda para la regeneracion de medios de descontaminacion de un motor de vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Sistema de ayuda para la regulación de medios de descontaminación (1) asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación (2), e integrados en una línea de escape (3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el cual el motor está asociado a unos medios (7) de alimentación con batería común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, en isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y segundo niveles (10, 11), según unos parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes 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 comprende unos medios (9) de adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2), unos medios de comparación (8) de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad (umbral-secu) de los medios que forman el catalizador (2), para, en caso de sobrepasado de este valor de umbral, cuando tiene lugar la aplicación de la estrategia de segundo nivel (10), mandar los medios de alimentación (7) para regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2) y si este nivel no ha bajado de nuevo por debajo del valor del umbral al cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación (7) para bascular hacia la estrategia de primer nivel (11) y si este nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador no ha bajado siempre por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo, parar la estrategia de regeneración, porque los medios de alimentación (7) están adaptados para utilizar dos postinyecciones sucesivas, y porque cuando tiene lugar dicha regulación progresiva de por lo menos uno de los parámetros de control de funcionamiento del motor, los medios de alimentación (7) reducen progresivamente el caudal de carburante de la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia (NT) y el valor de umbral de seguridad (umbral-secu).
Description
Sistema de ayuda para la regeneración de medios
de descontaminación de un motor de vehículo.
La presente invención se refiere a un sistema de
ayuda para la regeneración de medios de descontaminación asociados
a unos medios que forman un catalizador de oxidación, e integrados
en una línea de motor Diesel de vehículo automóvil.
Para unos ejemplos de dichos sistemas, se podrá
por ejemplo hacer referencia a los documentos DE 100 33 159 y FR 2
804 168.
Más particularmente, la invención se refiere a
un sistema de este tipo en el cual el motor está asociado a unos
medios de alimentación con batería común de inyección de carburante
en unos cilindros del motor, según por lo menos una postinyección,
y adaptados para utilizar, con isopar, por lo menos dos estrategias
de regeneración de primer y de segundo niveles, según unos
parámetros de control de funcionamiento del motor diferentes, a fin
de obtener unos niveles térmicos diferentes 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.
Cuando tiene lugar la regeneración de medios de
descontaminación, tal como un filtro de partículas, un catalizador
de oxidación después de un envenenamiento por azufre, una trampa con
NOx para una desulfuración o una trampa de SOx, es necesario elevar
en gran manera la temperatura de los gases de escape del motor a fin
de obtener una regeneración rápida y así minimizar el sobreconsumo
de carburante asociado a esta regeneración.
Ahora bien, esto necesita aumentar en gran
manera la temperatura a la entrada de los medios que forman el
catalizador.
Algunas estrategias descansan también en la
utilización de la conversión de los hidrocarburos no quemados que
provienen de la combustión en el motor, por unos medios que forman
un catalizador, para elevar también el nivel térmico en la línea de
escape.
Sin embargo, unos niveles de exotermia
catalítica demasiado elevados pueden conducir a la rotura de los
medios que forman el catalizador en el peor de los casos o a un
envejecimiento prematuro de estos y por tanto a una degradación de
las prestaciones de conversión de estos.
Es por tanto necesario controlar bien la
exotermia catalítica producida cuando tiene lugar la
regeneración.
El objetivo de la invención es por tanto
resolver estos problemas.
A este fin, la invención tiene por objeto un
sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación
asociados a unos medios que forman un catalizador de oxidación, e
integrados en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo
automóvil, en el cual el motor está asociado a unos medios de
alimentación con batería común de carburante en unos cilindros del
motor, según por lo menos una postinyección, y adaptados para
utilizar, con isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración
de primer y de segundo niveles, según unos parámetros de control de
funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles
térmicos diferentes 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 comprende unos medios de adquisición del nivel de exotermia
de los medios que forman el catalizador, unos medios de comparación
de este nivel de exotermia con un valor de umbral de seguridad unos
medios que forman el catalizador, para, en caso de sobrepasado de
este valor de umbral, cuando tiene lugar la estrategia de segundo
nivel, mandar los medios de alimentación para regular
progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de
funcionamiento del motor, de manera que reduzca el nivel de
exotermia de los medios que forman el catalizador y si este nivel es
bajado de nuevo por debajo del valor de umbral al cabo de un primer
periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de alimentación
para bascular hacia la estrategia de primer nivel y si este nivel de
exotermia de los medios que forman el catalizador no es siempre
rebajado de nuevo por debajo del valor de seguridad al cabo de un
segundo periodo de tiempo, parar la estrategia de regeneración;
porque los medios de alimentación están adaptados para utilizar dos
postinyecciones sucesivas, porque cuando tiene lugar dicha
regulación progresiva de por lo menos uno de los parámetros de
control de funcionamiento del motor, los medios de alimentación
reducen progresivamente el caudal de carburante de la segunda
postinyección utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1
y determinado a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia
y el valor de umbral de seguridad.
Según otras características:
- el factor corrector es determinado por un
regulador del tipo PI de ganancia no lineal;
- los medios de adquisición del nivel de
exotermia comprenden dos sensores de temperatura, uno dispuesto
corriente arriba y el otro corriente abajo de los medios que forman
el catalizador;
- el motor es un motor Diesel asociado a un
turbocompresor;
- el valor de umbral de seguridad es
calibrable;
- los medios de descontaminación comprenden un
filtro de partículas;
- los medios de descontaminación comprenden una
trampa para NOx;
- los medios de descontaminación comprenden una
trampa para SOx;
- los medios de descontaminación comprenden un
catalizador de oxidación;
- el carburante comprende un aditivo destinado a
depositarse con las partículas a las cuales está mezclado, sobre
los medios de descontaminación para facilitar su regeneración;
- el carburante comprende un aditivo que forma
una trampa para NOx.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción siguiente, proporcionada únicamente a título de
ejemplo y con referencia a los planos anexos, en los que:
- la fig 1 representa un esquema sinóptico que
ilustra la estructura de un sistema de ayuda para la regeneración
según la invención; y
- la fig 2 ilustra el funcionamiento de medios
de mando que entran en la constitución de dicho sistema de ayuda
para la regeneración.
Se ha ilustrado en efecto en la figura 1, un
sistema de ayuda para la regeneración de medios de descontaminación
designados por la referencia general 1, asociados a unos medios que
forman un catalizador de oxidación designados por la referencia
general 2, integrados en una línea de escape designada por la
referencia general 3, de un motor Diesel 4 de vehículo
automóvil.
Los medios que forman el catalizador están
dispuestos corriente arriba de los medios de descontaminación.
El motor puede estar asociado a un turbo
compresor cuya porción de turbina 5 está dispuesta en la línea de
escape y cuya porción de compresor 6 está dispuesta corriente arriba
del motor.
Los medios de descontaminación pueden por
ejemplo comprender un filtro de partículas, una trampa para NOx, un
catalizador de oxidación, una trampa para SOx, etc..
Se observará también que de forma clásica, el
carburante puede comprender un aditivo destinado a depositarse con
las partículas a las cuales está mezclado, sobre los medios de
descontaminación para facilitar su regeneración rebajando la
temperatura de combustión de los hollines atrapados en estos.
De forma clásica, este aditivo está en efecto
presente en las partículas después de combustión del carburante
aditivado en el motor.
Un aditivo que forma una trampa para NOx puede
también ser previsto.
El motor está también asociado a unos medios de
alimentación con batería común de inyección de carburante en unos
cilindros del motor, según por lo menos una postinyección.
Estos medios están designados por la referencia
general 7 en esta figura y están asociados a unos medios de mando
designados por la referencia general 8, para utilizar, con isopar,
por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y de segundo
niveles, según unos parámetros de control de funcionamiento del
motor diferentes, a fin de obtener unos niveles térmicos diferentes
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 realiza entonces modificando los
parámetros de control de funcionamiento del motor, tales por ejemplo
el aire de admisión, por regulación de la mariposa de admisión en
el motor, por regulación de la presión de consigna del
turbocompresor o por regulación de la cantidad de carburante
inyectada en el motor, por ejemplo cuando tiene lugar unas
postinyecciones de forma clásica.
Se sabe en efecto que la regeneración de dichos
medios de descontaminación se realiza por utilización de inyecciones
múltiples en los cilindros del motor, en particular durante sus
fases de expansión.
A fin de limitar la intensidad de la exotermia
cuando tiene lugar la regeneración, los medios de mando utilizan de
forma permanente un control de la diferencia de las temperaturas en
los extremos del sistema de catálisis o de cada elemento del
sistema de catálisis, siendo esta diferencia el reflejo del nivel de
exotermia, para adaptar las características de las diferentes
inyecciones (caudal, inicio de inyección etc..), a fin de reducir
el nivel de exotermia de estos medios que forman la catálisis cuando
es demasiado elevado.
De hecho, este sistema comprende unos medios de
adquisición del nivel de exotermia de los medios que forman el
catalizador, designados por la referencia general 9 en esta figura,
unos medios de comparación de este nivel de exotermia con un valor
de umbral de seguridad de estos medios que forman el catalizador,
constituidos por los medios de mando 8, para, en caso de
sobrepasado de este valor de umbral cuando tiene lugar la aplicación
de la estrategia del segundo nivel, designada por la referencia
general 10, mandar los medios de alimentación 7 a fin de regular
progresivamente por lo menos uno de los parámetros de control de
funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el nivel de
exotermia de los medios que forman el catalizador, y si este nivel
no es bajado de nuevo por debajo del valor de umbral al cabo de un
primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los medios de
alimentación para bascular hacia la estrategia de primer nivel,
designada por la referencia general 11 y si este nivel de exotermia
de los medios que forman el catalizador no es siempre bajado de
nuevo por debajo del valor de umbral de seguridad al cabo de un
segundo periodo de tiempo predeterminado, parar la estrategia de
regeneración.
De hecho, los medios de adquisición del nivel de
exotermia de los medios que forman el catalizador pueden comprender
dos sensores de temperatura 9a, 9b, uno dispuesto corriente arriba y
el otro corriente abajo de estos medios que forman el
catalizador.
La regulación está ilustrada en la figura 2,
donde se puede constatar que un comparador designado por la
referencia general 12 recibe de entrada, el valor de umbral de
seguridad umbral-secu. de los medios que forman el
catalizador y el nivel térmico NT de los medios que forman el
catalizador adquirido como se ha descrito anteriormente.
La salida de este comparador 12 está conectada a
un regulador de tipo PI con ganancia no lineal designado por la
referencia general 13, adaptado para suministrar una información de
corrección a un corrector 14 para reducir progresivamente el caudal
de carburante de una segunda postinyección en el caso en que los
medios de alimentación 7 están adaptados para realizar dos
postinyecciones sucesivas.
Se concibe entonces que, en este caso, los
medios de alimentación 7 están adaptados para reducir el caudal de
la segunda postinyección utilizando un factor corrector comprendido
entre 0 y 1 y determinado a partir de la diferencia entre el nivel
de exotermia de los medios que forman el catalizador NT y el valor
de umbral de seguridad umbral-secu.
Desde luego, el valor de umbral de seguridad
puede ser calibrable.
Se concibe entonces que el objetivo de ese
sistema es limitar el nivel de exotermia producido en los medios
que forman el catalizador 2 a fin de preservar la integridad de
estos y de limitar el fenómeno de envejecimiento que altera las
prestaciones de conversión de estos.
Estos picos de temperatura excesiva únicamente
pueden producirse cuando el sistema de ayuda para la regeneración
funciona en nivel 2.
Comparando la exotermia medida instantánea con
un umbral, se determina si hay sobrepasado de una exotermia crítica
o no.
A continuación, en función de la diferencia con
respecto al umbral, se modifica la estrategia de ayuda para la
regeneración (caudal y puesta en fase de las diferentes inyecciones)
par disminuir esta exotermia permaneciendo sin embargo en isopar,
por ejemplo reduciendo el caudal de postinyección.
En el ejemplo descrito, la estrategia de
regeneración utiliza unas inyecciones múltiples y en particular dos
postinyecciones. El calibrado puede entonces realizarse de tal
manera que la cantidad de carburante utilizada para la segunda
postinyección, modifica la cantidad de HC producida, pero no tiene
influencia sobre el par motor.
Así, reduciendo el caudal de la postinyección nº
2, se reduce la cantidad de HC emitida por el motor y por
consiguiente se disminuye la exotermia catalítica generada por estos
hidrocarburos no quemados en los medios que forman el
catalizador.
La corrección sobre la cantidad de carburante en
postiyección es realizada en tanto la exotermia de los medios que
forman el catalizador permanece por encima del umbral de seguridad.
Si, a pesar de la reducción de las cantidades inyectadas, la
exotermia no desciende de nuevo por debajo del umbral al cabo de un
primer periodo de tiempo, entonces se fuerza el sistema a bascular
sobre la estrategia de nivel 1, utilizada cuando los medios que
forman el catalizador no están cebados y no producen casi HC.
Si, incluso después de haber basculado sobre
esta estrategia de nivel 1, la exotermia permanece excesiva durante
un periodo de tiempo predeterminado, entonces se corta la
regeneración.
Así, si la exotermia catalizador DTcata, medida
por la diferencia entre la temperatura corriente abajo y corriente
arriba de los medios que forman el catalizador, sobrepasa de un
umbral calibrable DT cata.max, mientras el caudal de la
postinyección nº 2 es progresivamente reducido multiplicándolo por
un factor corrector comprendido entre 0 y 1, Kcata, dado por un
regulador del tipo PI con ganancia no lineal en función de la
diferencia de temperatura Dexot cata=DTcata.-DT.cata.max.
Un contador de tiempo tst es entonces disparado
desde que Dexot.cata>0. Al cabo de un tiempo calibrable
tsecucata, el sistema de ayuda para la regeneración es forzado a
nivel 1 durante un tiempo mínimo calibrable tniv1cata. Si, al cabo
de ese tiempo tniv1cata, la exotermia no ha bajado de nuevo por
debajo del umbral de seguridad DTcata.max, entonces la regeneración
es parada.
Se concibe entonces que dicho sistema permite
garantizar la seguridad de funcionamiento de los medios que forman
el catalizador.
Desde luego, otros modos de realización pueden
ser previstos.
Así, por ejemplo, los medios de descontaminación
y los medios que forman el catalizador de oxidación pueden estar
integrados en un solo y único elemento, en particular sobre un mismo
sustrato.
A título de ejemplo, un filtro de partículas que
integra la función de oxidación puede estar previsto.
Asimismo, una trampa para NOx que integra dicha
función de oxidación puede también estar prevista, ya este esté
aditivado o no.
Esta función de oxidación y/o de trampa de NOx
puede ser realizada por ejemplo con un aditivo mezclado con el
carburante.
Finalmente, los medios de descontaminación
pueden también comprender un catalizador de oxidación o una trampa
de SOx.
Claims (11)
1. Sistema de ayuda para la regulación de medios
de descontaminación (1) asociados a unos medios que forman un
catalizador de oxidación (2), e integrados en una línea de escape
(3) de un motor Diesel (4) de vehículo automóvil, en el cual el
motor está asociado a unos medios (7) de alimentación con batería
común de inyección de carburante en unos cilindros del motor, según
por lo menos una postinyección, y adaptados para utilizar, en
isopar, por lo menos dos estrategias de regeneración de primer y
segundo niveles (10, 11), según unos parámetros de control de
funcionamiento del motor diferentes, a fin de obtener unos niveles
térmicos diferentes 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 comprende unos medios (9) de adquisición
del nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2),
unos medios de comparación (8) de este nivel de exotermia con un
valor de umbral de seguridad (umbral-secu) de los
medios que forman el catalizador (2), para, en caso de sobrepasado
de este valor de umbral, cuando tiene lugar la aplicación de la
estrategia de segundo nivel (10), mandar los medios de alimentación
(7) para regular progresivamente por lo menos uno de los parámetros
de control de funcionamiento del motor, de manera que se reduzca el
nivel de exotermia de los medios que forman el catalizador (2) y si
este nivel no ha bajado de nuevo por debajo del valor del umbral al
cabo de un primer periodo de tiempo predeterminado, mandar los
medios de alimentación (7) para bascular hacia la estrategia de
primer nivel (11) y si este nivel de exotermia de los medios que
forman el catalizador no ha bajado siempre por debajo del valor de
umbral de seguridad al cabo de un segundo periodo de tiempo, parar
la estrategia de regeneración,
porque los medios de alimentación (7) están
adaptados para utilizar dos postinyecciones sucesivas,
y porque cuando tiene lugar dicha regulación
progresiva de por lo menos uno de los parámetros de control de
funcionamiento del motor, los medios de alimentación (7) reducen
progresivamente el caudal de carburante de la segunda postinyección
utilizando un factor corrector comprendido entre 0 y 1 y determinado
a partir de la diferencia entre el nivel de exotermia (NT) y el
valor de umbral de seguridad (umbral-secu).
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque el factor corrector es determinado por
un regulador de tipo PI con ganancia no lineal (13).
3. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
(9) de adquisición del nivel de exotermia comprenden dos sensores
de temperatura (9a, 9b), uno dispuesto corriente arriba y el otro
corriente abajo de los medios que forman el catalizador (2).
4. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor
(4) es un motor Diesel asociado a un turbocompresor (5, 6).
5. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor de
umbral de seguridad (umbral-secu) es
calibrable.
6. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) comprenden un filtro de partículas.
7. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación (1) comprenden una trampa para NOx.
8. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de descontaminación comprenden una trampa para SOx.
9. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios
de descontaminación (1) comprenden un catalizador de oxidación.
10. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
carburante comprende un aditivo destinado a depositarse con las
partículas a las cuales está mezclado, sobre los medios de
descontaminación (1) para facilitar su regeneración.
11. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el carburante
comprende un aditivo que forma una trampa para NOx.
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