ES2321026T3 - Aparato de purificacion de gases de escape, procedimiento de purificacion de gases de escape y procedimiento de medicion de materia particulada. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (20) de purificación de gases de escape, que comprende: un filtro (22) de partículas diésel primario previsto en un conducto (21) de escape de un motor (11) diésel; un conducto (21A) de escape secundario ramificado desde dicho conducto de escape en un lado aguas arriba de dicho filtro de partículas diésel primario; un filtro (22A) de partículas diésel secundario previsto en dicho conducto de escape secundario, teniendo dicho filtro de partículas diésel secundario una capacidad menor que una capacidad de dicho filtro de partículas diésel primario; y una parte (22B) de medición de la presión diferencial que mide una presión diferencial entre una entrada y una salida de dicho filtro de partículas diésel secundario, de modo que se mide una cantidad de deposición de partículas en la materia particulada diésel primaria usando el filtro de partículas diésel secundario.
Description
Aparato de purificación de gases de escape,
procedimiento de purificación de gases de escape y procedimiento de
medición de materia particulada.
La presente invención se refiere en general a
aparatos de purificación de gases de escape, a un procedimiento de
purificación de gases de escape y a un procedimiento de medición de
materia particulada, de motores de combustión interna, y más
particularmente a un aparato de purificación de gases de escape que
incluye un filtro de partículas diésel (DPF) y que se usa para
eliminar materia particulada (PM) contenida en un gas de escape de
un motor diésel y a un procedimiento para el mismo, y a un
procedimiento de medición de materia particulada para determinar la
materia particulada (PM) incluida en un gas de escape de un motor
diésel.
Convencionalmente, se ha usado un filtro de
partículas diésel de material cerámico poroso para recoger materia
particulada principalmente de C (carbono) emitida desde un motor
diésel. Con un filtro de partículas diésel de este tipo, se produce
la deposición gradual de materia particulada con el uso continuo de
la misma y, por tanto, se ha puesto en práctica en la técnica de
aparatos de purificación de gases de escape que usan un filtro de
partículas diésel para eliminar la materia particulada depositada
produciendo un proceso de combustión dentro del filtro de
partículas diésel periódicamente y para regenerar el filtro de
partículas diésel. Cuando no se ocupa de tal deposición de materia
particulada, se produce una presión excesiva en el filtro de
partículas diésel mediante el gas de escape, mientras que esto
puede conducir al deterioro de la eficacia del combustible o al
daño en el motor.
Es preferible que tal regeneración del filtro de
partículas diésel se realice durante el funcionamiento del motor
diésel, sin sustituir ni desmontar el filtro y, por tanto, se pone
en práctica en la técnica llevar a cabo la inyección de combustible
en el estado en que el pistón está bajando en el cilindro tras la
combustión para formar un gas a alta temperatura (proceso tras la
inyección). De ese modo, la materia particulada depositada se
somete a combustión con el gas a alta temperatura así formado.
La figura 1 muestra la construcción global de un
sistema de purificación de gases de escape de un motor diésel
equipado con un filtro de partículas diésel según una técnica
relacionada de la presente invención.
En referencia a la figura 1, un motor 11 diésel
tiene un conducto 12 de escape, en el que se proporciona un filtro
12B de partículas diésel en el conducto 12 de escape para recoger la
materia particulada contenida en el gas de escape y emitida desde
el motor 11 diésel.
La figura 2A muestra el esquema del filtro 12B
de partículas diésel mientras que la figura 2B muestra un elemento
que constituye el filtro de partículas diésel.
El filtro 12B de partículas diésel está formado
de una unidad 12A de filtro de un material cerámico poroso,
normalmente de SiC, en el que se forma un gran número de pasos 12a
de gas en la unidad 12A de filtro de modo que se extienden desde un
extremo hasta el otro extremo de la misma con una sección
transversal de 1 mm x 1 mm, por ejemplo.
De ese modo, el filtro 12B de partículas diésel
está formado mediante la unión de diversas unidades 12A de filtro
(elementos de filtro) mediante un material de sellado (capa de
adhesión) y mediante el mecanizado de la parte periférica de las
mismas de manera que el filtro 12B como un todo tiene forma
cilíndrica. Además, la superficie periférica del filtro 12B está
cubierta por un material de sellado (capa de recubrimiento). Puede
haber un caso en el que sólo se usa una unidad 12A en el filtro 12B
de partículas diésel.
La figura 2C muestra el principio del filtro 12B
de partículas diésel.
Tal como se muestra esquemáticamente en la
figura 2C, los diversos pasos 12a de gas tienen sus extremos aguas
arriba o sus extremos aguas abajo cerrados alternativamente con
respecto a la dirección del flujo del gas de escape desde el motor,
y el gas de escape introducido en uno de tales pasos 12a de gas pasa
a un paso de gas adyacente a modo de penetración a través del
elemento 12b poroso del filtro 12B. De ese modo, la materia
particulada contenida en el gas de escape se recoge mediante el
elemento 12b poroso cuando el gas de escape penetra a su través, y
se produce la deposición de la materia 12c particulada sobre el
elemento 12b poroso en forma de capa tal como se muestra en la
figura 2D.
Dado que el filtro 12B de partículas diésel
produce así la deposición de la materia particulada contenida en el
gas de escape en la misma, existe una necesidad de regeneración del
filtro con tiempos adecuados realizando un proceso de regeneración
(combustión de la materia particulada depositada), tal como se
describió anteriormente.
Con el sistema de purificación de gases de
escape convencional explicado con referencia a la figura 1, debe
observarse que tal regeneración del filtro se realiza cada vez que
el vehículo se ha desplazado una distancia recorrida predeterminada
tal como de 500 km, a lo largo de la duración de 10 minutos, por
ejemplo.
En el caso de que la regeneración del filtro a
modo de inyección posterior se haya realizado imparcialmente, la
regeneración se lleva a cabo independientemente de la cantidad real
de recogida de la materia particulada en el filtro. Por tanto, con
el fin de garantizar que no se produce una deposición excesiva de la
materia particulada en el filtro, existe una necesidad de fijar el
intervalo de regeneración del filtro para que sea más corto de lo
que realmente es necesario por motivos de seguridad. Sin embargo,
tal regeneración del filtro excesiva realizada mediante la
inyección posterior aumenta el consumo de combustible y se deteriora
la eficacia de combustible del vehículo.
Por otra parte, existe una construcción conocida
de llevar a cabo la regeneración del filtro 12B de partículas
diésel a modo de la inyección posterior tal como se muestra en la
figura 3, en la que se mide una presión diferencial \DeltaP entre
el lado aguas arriba y el lado aguas abajo del filtro 12B de
partículas diésel y la inyección posterior se lleva a cabo cuando
la presión diferencial \DeltaP anterior ha alcanzado un valor
predeterminado. Debe hacerse referencia a la patente estadounidense
6.952.920.
Según la construcción de la figura 3, la
regeneración del filtro 12B de partículas diésel sólo se lleva a
cabo cuando la presión diferencial entre el lado aguas arriba y el
lado aguas abajo ha alcanzado el valor predeterminado, y se suprime
el proceso de inyección posterior innecesario. De ese modo, se
mejora la eficacia de combustible del vehículo accionado con el
motor diésel.
Desgraciadamente, la recogida de la materia
particulada en el filtro 12B de partículas diésel no es uniforme.
Tal como se muestra en la figura 4, existe una diferencia de
densidad o espesor en la materia particulada recogida dependiendo
de las ubicaciones (A, 1), (B, 1), (C, 1), (A, 2), (B, 2), (C, 2),
(A, 3), (B, 3), (C, 3) en el filtro 12B. Además, puede observarse
que se forma una cavidad en la capa de la materia particulada
depositada, en la que una cavidad de este tipo formada en la capa de
materia particulada proporciona un paso local de gas de escape. La
existencia de una cavidad de este tipo indica el caso de combustión
incontrolada en la materia particulada recogida e indica además que
se ha producido la combustión local en la materia particulada
recogida.
Además, tal como se muestra en la figura 5, la
densidad de la materia particulada recogida puede tener diferentes
valores aun cuando la cantidad de deposición de la materia
particulada sea idéntica. La figura 5 muestra que se ha producido
una gran variación en la presión diferencial según el cambio del
espesor, aun cuando la cantidad de deposición sea idéntica. En los
ejemplos de la figura 5, por ejemplo, debe observarse que la
cantidad de deposición de la materia particulada es de 8 g/l en su
totalidad. Pese a esto, puede observarse en la figura 5 que la
presión diferencial ha cambiado desde 15,3 kPa hasta 8,8 kPa cuando
el espesor de la materia particulada recogida ha cambiado desde 109
\mum hasta 255 \mum. Por tanto, puede observarse que se produce
aproximadamente el doble de una gran diferencia en la presión
diferencial.
Por tanto, cuando se produce una deposición no
uniforme o formación de cavidad local de este tipo en la materia
12c particulada recogida en la construcción de la figura 3, puede
producirse un error de hasta el \pm50% con respecto a la
evaluación de la materia particulada realmente depositada y a la
presión diferencial \DeltaP, con respecto a valores de cálculo
teóricos. Como resultado de un error de este tipo, se produce una
gran desviación en la relación entre la cantidad de partículas
depositadas realmente y los tiempos de la regeneración. Además en
vista del hecho de que la presión del gas de escape y el caudal del
gas de escape cambian con la carga del motor o con la revolución
del motor, ha sido extremadamente difícil con la construcción de la
figura 3 detectar de manera precisa la cantidad de deposición de la
materia particulada en el filtro 12B de partículas diésel.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, la patente estadounidense 5.651.248
describe la construcción que usa, además del filtro de partículas
diésel, un filtro de detección y evalúa la cantidad de la materia
particulada recogida en el filtro de detección mediante la medición
de la resistencia eléctrica. Según esta tecnología, la materia
particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel y la
materia particulada recogida mediante el filtro de detección se
someten a combustión mediante el uso de un calentador cuando la
resistencia detectada ha disminuido por debajo de un valor
predeterminado. Con esto se logra la regeneración del filtro.
Por otra parte, esta técnica anterior tiene un
inconveniente porque, además del problema de que la construcción de
la misma se hace compleja debido a la necesidad de proporcionar un
calentador en el filtro de partículas diésel, se produce el consumo
de energía eléctrica en el momento de la regeneración del filtro de
partículas diésel. Con el fin de ahorrar consumo de energía
eléctrica en el momento de la regeneración del filtro, la
tecnología de la patente estadounidense 5.651.248 selecciona los
tiempos de ejecución de la regeneración del filtro de manera que la
operación de regeneración se realiza en el momento en que la
temperatura del filtro de partículas diésel es superior a una
temperatura predeterminada, excepto para el caso en el que el filtro
de partículas diésel está en el estado crítico con respecto a la
deposición de la materia particulada y es inevitable llevar a cabo
la regeneración inmediatamente. Como resultado, se impone una
restricción sobre los tiempos de la operación de regeneración del
filtro de detección usado para la detección de partículas con esta
tecnología y se restringe el grado de libertad de la operación de
regeneración del filtro de detección de partículas.
Además, con la tecnología de la patente
estadounidense 5.651.248 no es posible usar el filtro de partículas
diésel durante la operación de regeneración llevada a cabo mediante
el calentador, y debido a esto, se proporciona un filtro de
partículas diésel de reserva y se cambia a este filtro de partículas
diésel de reserva durante el proceso de regeneración. Sin embargo,
una construcción de este tipo requiere dos filtros de partículas
diésel equivalentes junto con una válvula de cambio y surge un
problema porque la construcción del aparato de purificación de
gases de escape se vuelve voluminosa. Resulta difícil montar un
aparato de purificación de gases de escape de este tipo en
vehículos
compactos.
compactos.
Además con la tecnología de la patente
estadounidense 5.651.248, se lleva a cabo la regeneración del filtro
de detección simultáneamente con el filtro de partículas diésel o
consecutivamente al filtro de partículas diésel, mientras que una
construcción de este tipo no puede elegir los tiempos de
regeneración del filtro de detección arbitrariamente y existe un
problema de que tiende a producirse un error en los tiempos de
regeneración del filtro de partículas diésel, dependiendo del
estado del filtro de detección.
Cuando la regeneración del filtro de partículas
diésel y la regeneración del filtro de detección se llevan a cabo
independiente, se produce una disminución de la resistencia a la
ventilación en el filtro de detección con la regeneración del
mismo, y el gas de escape comienza a fluir principalmente a través
del filtro de detección. De ese modo, se produce un error en la
detección de los tiempos de regeneración del filtro de partículas
diésel. Por estos motivos, la tecnología de la patente
estadounidense 5.651.248 lleva a cabo la regeneración del filtro de
detección y la regeneración del filtro de partículas diésel en
sincronización tal como se explicó anteriormente.
Además, la tecnología de la patente
estadounidense 5.651.248 tiene un inconveniente en los puntos de:
(a) deposición de ceniza; y (b) gran error de evaluación debido al
deterioro.
Además, con la tecnología de la patente
estadounidense 5.651.248, surge otro problema a partir del propio
principio de la misma de medir la resistencia eléctrica del
electrodo para evaluar la cantidad de deposición de la materia
particulada recogida.
Tal como se muestra en la figura 5, puede
existir una situación en la que el espesor de la materia particulada
recogida cambia pese al hecho de que la cantidad de deposición de
la misma es igual. Ahora, cuando el espesor de la materia
particulada recogida es diferente, se hace difícil medir la
resistencia eléctrica con precisión y tiende a producirse un error
en la evaluación de la cantidad de deposición.
Además, en el caso de que se produzca una
deposición de ceniza en el filtro de partículas diésel o en el
filtro de detección tras la combustión de la materia particulada,
ya no es posible la medición precisa de la resistencia eléctrica y
debe producirse un gran error en la evaluación de la cantidad de
deposición.
Además, con el uso del filtro de detección, se
produce la degradación en el filtro o el electrodo con el tiempo o
con el uso en el ambiente del gas de escape. Particularmente, el
electrodo (terminal formado de un metal conductor) se forma
mediante la infiltración de un metal tal como Cu, Cr, Ni, o
similares, y por tanto, existe una tendencia de producir problemas
de degradación física, degradación por oxidación y degradación
térmica, tal como oxidación, adhesión de impurezas, formación de
grietas, corrosión y similares.
Cuando se produce degradación en el filtro o el
electrodo, ya no es posible llevar a cabo la medición precisa de la
resistencia eléctrica y se produce un error en la evaluación de la
cantidad de deposición de la materia particulada.
En un primer aspecto, la presente invención
resuelve los problemas anteriores mediante un aparato de
purificación de gases de escape, que comprende:
un filtro de partículas diésel primario previsto
en un conducto de escape de un motor diésel;
un conducto de escape secundario ramificado
desde dicho conducto de escape desde un lado aguas arriba de dicho
filtro de partículas diésel primario;
un filtro de partículas diésel secundario
previsto en dicho conducto de escape secundario, teniendo dicho
filtro de partículas diésel secundario la capacidad de
almacenamiento de hollín menor que la capacidad de almacenamiento
de hollín de dicho filtro de partículas diésel primario; y
una parte de medición de la presión diferencial
que mide una presión diferencial entre una entrada y una salida de
dicho filtro de partículas diésel secundario.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un procedimiento de purificación de gases de escape que
usa un aparato de purificación de gases de escape que comprende: un
filtro de partículas diésel primario previsto en un conducto de
escape de un motor diésel; un conducto de escape secundario
ramificado desde dicho conducto de escape desde un lado aguas
arriba de dicho filtro de partículas diésel primario; un filtro de
partículas diésel secundario previsto en dicho conducto de escape
secundario, teniendo dicho filtro de partículas diésel secundario
una capacidad de almacenamiento de hollín menor que la capacidad de
almacenamiento de hollín de dicho filtro de partículas diésel
primario; y una parte de medición de la presión diferencial que mide
una presión diferencial entre un orificio de entrada y un orificio
de salida de dicho filtro de partículas diésel secundario,
comprendiendo dicho procedimiento de purificación de gases de escape
las etapas de:
(A) medir una presión diferencial producida a
través de dicho filtro de partículas diésel secundario, una
temperatura de un gas de escape en dicho conducto de escape
secundario y un caudal de dicho gas de escape;
(B) calcular la masa de materia particulada
recogida mediante dicho filtro de partículas diésel secundario por
tiempo unitario a partir de dicha presión diferencial, dicha
temperatura y dicho caudal de dicho gas de escape obtenidos en
dicha etapa (A);
(C) calcular la concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape a partir de dicha masa de
materia particulada recogida mediante dicho filtro de partículas
diésel secundario por tiempo unitario obtenida en dicha etapa
(B);
(D) calcular la masa de dicha materia
particulada que se ha hecho fluir hacia dicho filtro de partículas
diésel primario a partir de dicha concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape obtenida en dicha etapa (C) y
además desde un estado de funcionamiento del motor o un caudal de
gas hasta dicho filtro de partículas diésel primario;
(E) considerar si dicha masa de dicha materia
particulada recogida mediante dicho filtro de partículas diésel
primario ha rebasado o no un umbral predeterminado a partir de dicha
masa de dicha materia particulada recogida mediante dicho filtro de
partículas diésel primario obtenida en dicha etapa (D) y una
eficacia de recogida de dicho filtro de partículas diésel primario;
y
(F) ejecutar la regeneración de dicho filtro de
partículas diésel primario en el caso de que dicha masa de dicha
materia particulada diésel recogida mediante dicho filtro de
partículas diésel primario haya rebasado dicho umbral
predeterminado.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un procedimiento de medición de materia particulada que
usa un sensor de materia particulada, comprendiendo dicho sensor de
materia particulada: un filtro de detección de PM previsto en un
conducto de gas ramificado desde un conducto de escape de un motor
diésel desde un lado aguas arriba de un filtro de partículas diésel
previsto en dicho conducto de escape, teniendo dicho filtro de
detección de PM una capacidad de almacenamiento de hollín menor que
la capacidad de almacenamiento de hollín de dicho filtro de
partículas diésel; y una parte de medición de la presión diferencial
que mide una presión diferencial entre un orificio de entrada y un
orificio de salida de dicho filtro de detección de PM, comprendiendo
dicho procedimiento de medición de materia particulada las etapas
de:
(A) medir una presión diferencial producida a
través de dicho filtro de detección de PM, una temperatura de un
gas de escape en dicho conducto de gas y un caudal de dicho gas de
escape en dicho conducto de gas;
(B) calcular la masa de materia particulada
recogida mediante dicho filtro de detección de PM por tiempo
unitario a partir de dicha presión diferencial, dicha temperatura y
dicho caudal de dicho gas de escape obtenidos en dicha etapa
(A);
(C) calcular la concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape a partir de dicha masa de
materia particulada recogida mediante dicho filtro de detección de
PM por tiempo unitario obtenida en dicha etapa (B);
(D) calcular la masa de dicha materia
particulada que se ha hecho fluir hacia dicho filtro de partículas
diésel primario a partir de dicha concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape obtenida en dicha etapa (C) y
además desde un estado de funcionamiento del motor o un caudal de
gas hasta dicho filtro de partículas diésel primario.
Según la presente invención, se posibilita medir
la cantidad de deposición de materia particulada en el filtro de
partículas diésel primario de manera simple y fácil, mediante el uso
del filtro de partículas diésel secundario de menor capacidad de
almacenamiento de hollín y por tanto, menos propenso a producir la
deposición no uniforme de la materia particulada y mediante la
detección de la deposición de la materia particulada en el filtro
de partículas diésel primario mediante la medición de la presión
diferencial que se produce en un filtro de partículas diésel
secundario de este tipo. De ese modo, se posibilita suprimir el
deterioro de la eficacia de combustible mediante una inyección
posterior excesiva. Además, con la presente invención, se posibilita
ejecutar la regeneración del filtro de partículas diésel secundario
de manera independiente al filtro de partículas diésel primario, y
se posibilita medir de manera constante y precisa la cantidad de
deposición de la materia particulada en el filtro de partículas
diésel primario mediante el uso del filtro de partículas diésel
secundario. Además, se posibilita realizar la medición precisa
mientras se elimina el efecto de deposición de ceniza o degradación
del filtro o el electrodo.
Además, con la presente invención, se posibilita
evitar la concentración del gas de escape del conducto 21 de escape
hacia el conducto 21A de escape secundario con la regeneración del
filtro de partículas diésel secundario, que se produce como
resultado de la disminución de la resistencia a la ventilación del
segundo conducto 21A de escape con la regeneración del filtro de
partículas diésel secundario, proporcionando una válvula en el
conducto de escape secundario y controlando el caudal en el mismo
para que sea constante. Por tanto, la recogida de la materia
particulada en el filtro de partículas diésel primario se produce de
manera similar a la del filtro de partículas diésel secundario, y
se evita de manera eficaz la desviación producida entre la
evaluación de la cantidad de deposición de la materia particulada
en el filtro de partículas diésel primario, llevada a cabo mediante
la medición de la presión diferencial en el filtro de partículas
diésel secundario, y la cantidad de deposición real de la materia
particulada en el filtro de partículas diésel primario.
El documento JP 60242341A describe un
instrumento de medición para la medición de un gas de escape tomado
como muestra de un canal de dilución, el efecto de filtración, en
particular las cantidades de hollín seco y materia orgánica
soluble.
El documento JP 55019934 describe un sistema de
purificación de escape en un motor diésel. Para restablecer el
filtro de la obstrucción se proporciona un aparato de regeneración
para someter a combustión y eliminar las partículas de humo negro
aguas arriba de los filtros termorresistentes.
El documento AT413887B muestra un sistema para
evaluar las emisiones de partículas en el flujo de gas de escape de
un motor de combustión interna. Se dispone un filtro de partículas
en el conducto de gas de escape de un motor de combustión interna.
Un sensor de partículas está dispuesto en el conducto de gas de
escape, preferiblemente aguas arriba del filtro de partículas.
Además, son posibles sensores tales como, por ejemplo, un sensor de
presión diferencial, pero no son absolutamente necesarios para el
procedimiento tal como se describe.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 es un diagrama que muestra un
sistema de motor global que usa un aparato de purificación de gases
de escape convencional;
la figura 2A es un diagrama que muestra una
construcción esquemática de un filtro de partículas diésel;
la figura 2B es un diagrama que muestra un
elemento constituyente del filtro de partículas diésel;
la figura 2C es un diagrama que muestra el
principio de funcionamiento del filtro de partículas diésel;
la figura 3 es un diagrama que muestra la
construcción global de un sistema de motor que usa un aparato de
purificación de gases de escape según una técnica relacionada de la
presente invención;
la figura 4 es un diagrama que explica el
problema con el aparato de purificación de gases de escape de la
figura 3;
la figura 5 es otro diagrama que explica el
problema del aparato de purificación de gases de escape de la
figura 3;
la figura 6 es un diagrama que muestra la
construcción de un aparato de purificación de gases de escape según
una primera realización de la presente invención;
la figura 7A es un diagrama que muestra la
construcción de un filtro de partículas diésel secundario usado en
la figura 6;
la figura 7B es un diagrama que explica el
principio del filtro de partículas diésel secundario de la figura
7A;
la figura 8 es un diagrama que muestra la
construcción de un sensor de materia particulada (PM) que usa el
filtro de partículas diésel secundario de la figura 6;
la figura 9 es un diagrama que explica el efecto
de la invención;
la figura 10 es un diagrama de flujo que explica
la operación de regeneración del filtro de partículas diésel en el
aparato de purificación de gases de escape según una segunda
realización de la presente invención;
la figura 11 es un diagrama de flujo que explica
otra operación de regeneración del filtro de partículas diésel del
aparato de purificación de gases de escape según la segunda
realización de la presente invención;
la figura 12 es un diagrama de flujo que muestra
el procedimiento de medición de materia particulada según las
etapas A-D de la figura 10; y
la figura 13 es un diagrama de flujo que muestra
el procedimiento de medición de partículas según las etapas
A-D de la figura 11.
\newpage
Según una realización preferida de la presente
invención, se proporciona un aparato de purificación de gases de
escape que incluye: un filtro de partículas diésel primario previsto
en un conducto de escape de un motor diésel; un conducto de escape
secundario ramificado desde el conducto de escape en un lado aguas
arriba de dicho filtro de partículas diésel primario; un filtro de
partículas diésel secundario previsto en el conducto de escape
secundario, teniendo el filtro de partículas diésel secundario una
capacidad menor que una capacidad del filtro de partículas diésel
primario; y una parte de medición de la presión diferencial que mide
una presión diferencial entre una entrada y una salida del filtro
de partículas diésel secundario.
Preferiblemente, el conducto de escape
secundario incluye además un caudalímetro o medidor equivalente (por
ejemplo, un medidor de la velocidad de gases).
Preferiblemente, el conducto de escape
secundario incluye además una parte de medición de la
temperatura.
Preferiblemente, el filtro de partículas diésel
secundario incluye un calentador.
Preferiblemente, el aparato de purificación de
gases de escape comprende además una válvula para mantener un
caudal del gas de escape en el conducto de escape secundario a un
valor predeterminado.
Según una realización preferida de la presente
invención, se proporciona un procedimiento de purificación de gases
de escape que usa un aparato de purificación de gases de escape,
incluyendo el aparato de purificación de gases de escape: un filtro
de partículas diésel primario previsto en un conducto de escape de
un motor diésel; un conducto de escape secundario ramificado desde
el conducto de escape desde un lado aguas arriba del filtro de
partículas diésel primario; un filtro de partículas diésel
secundario previsto en el conducto de escape secundario, teniendo
el filtro de partículas diésel secundario una capacidad de
almacenamiento de hollín menor que la capacidad de almacenamiento
de hollín del filtro de partículas diésel primario; y una parte de
medición de la presión diferencial que mide una presión diferencial
entre un orificio de entrada y un orificio de salida del filtro de
partículas diésel secundario, en el que el procedimiento de
purificación de gases de escape incluye las etapas de: (A) medir
una presión diferencial producida a través del filtro de partículas
diésel secundario, una temperatura de un gas de escape en el
conducto de escape secundario y un caudal del gas de escape; (B)
calcular la masa de materia particulada recogida mediante el filtro
de partículas diésel secundario por tiempo unitario a partir de la
presión diferencial, la temperatura y el caudal del gas de escape
obtenidos en la etapa (A); (C) calcular la concentración de la
materia particulada en el gas de escape a partir de la masa de
materia particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
secundario por tiempo unitario obtenida en la etapa (B); (D)
calcular la masa de la materia particulada que se ha hecho fluir
hacia el filtro de partículas diésel primario a partir de la
concentración de la materia particulada en el gas de escape
obtenida en la etapa (C) y además desde un estado de funcionamiento
del motor o un caudal de gas hasta el filtro de partículas diésel
primario; (E) considerar si la masa de dicha materia particulada
recogida mediante el filtro de partículas diésel primario ha
rebasado o no un umbral predeterminado a partir de la masa de la
materia particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
primario obtenida en la etapa (D) y la eficacia de recogida del
filtro de partículas diésel primario; y (F) ejecutar la regeneración
del filtro de partículas diésel primario en el caso en el que la
masa de dicha materia particulada diésel recogida mediante el
filtro de partículas diésel primario haya rebasado el umbral
predeterminado.
predeterminado.
Preferiblemente, el procedimiento de
purificación de gases de escape comprende además la etapa de
regenerar el filtro de partículas diésel secundario, ejecutándose
la regeneración del filtro de partículas diésel secundario de
manera independiente a la regeneración del filtro de partículas
diésel primario en el caso en el que una masa de materia
particulada recogida en el filtro de partículas diésel secundario
haya rebasado un valor predeterminado.
Preferiblemente, la etapa de regenerar el filtro
de partículas diésel secundario se ejecuta tras la etapa (A)
mediante un primer proceso que incluye la etapa (B) y en el que la
etapa de regenerar el filtro de partículas diésel primario se
ejecuta tras la etapa (B) del primer proceso mediante un segundo
proceso que incluye las etapas (C) y (D).
Preferiblemente, la etapa de regenerar el filtro
de partículas diésel secundario se ejecuta tras la etapa (A)
mediante un primer proceso que incluye la etapa (B) y en el que la
etapa de regenerar el filtro de partículas diésel primario se
ejecuta tras la etapa (A) mediante un segundo proceso que incluye
las etapas (B) - (D), en el que el primer proceso y el segundo
proceso se ejecutan en paralelo.
Preferiblemente, la etapa (B) calcula la
cantidad de carga de hollín de la materia particulada recogida en
el filtro de partículas diésel secundario según una ecuación de la
forma
\DeltaP =
función (flujo, temperatura, carga de hollín,
geometría)
\newpage
con un ejemplo preferido mostrado
más adelante (aunque también pueden emplearse otras expresiones)
según la cual se calcula el espesor W[m] de una capa de la
materia particulada recogida en el filtro de partículas diésel
secundario
según
en la que \DeltaP representa la
presión diferencial [Pa], \mu representa un coeficiente de
viscosidad cinética, Q representa el caudal del gas de escape en el
segundo filtro de partículas diésel representado en cuanto a
[m^{3}/h], \alpha representa una longitud de borde de una célula
en el filtro de partículas diésel secundario, \rho representa un
peso específico del gas de escape, V_{trap} representa un volumen
de filtro del filtro de partículas diésel secundario, W_{s}
representa un espesor de pared del filtro de partículas diésel
secundario, K_{w} representa una permeabilidad de pared del
filtro de partículas diésel secundario, K_{holl\text{í}n}
representa una permeabilidad de la capa de dicha materia
particulada recogida en el segundo filtro de partículas diésel, F
es un coeficiente numérico (=28,454), L representa una longitud de
filtro eficaz del segundo filtro de partículas diésel, \beta
representa el coeficiente de Forchheimer de una pared porosa del
segundo filtro de partículas diésel, \zeta representa el
coeficiente de pérdida de inercia del gas de escape que entra y sale
del filtro de partículas diésel secundario, y además obtiene una
masa m_{holl\text{í}n} [g] de la materia particulada recogida en
el filtro de partículas diésel secundario según una
ecuación
en la que N_{células} representa
un número de aberturas de la célula en un lado de entrada de la
misma y \rho_{holl\text{í}n} representa una densidad de la
materia particulada
recogida.
Preferiblemente, la etapa (C) obtiene una
concentración PM_{conc} [g/m^{3}] de la materia particulada en
el gas de escape mediante una ecuación
PM \ [g/h] =
PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q2 \
[m^{3}/h]
en la que Q2 [m^{3}/h] representa
un caudal del gas de escape que pasa a través del filtro de
partículas diésel secundario, PM [g/h] representa la masa de la
materia particulada depositada por tiempo
unitario.
Preferiblemente, la etapa (D) obtiene la
cantidad (PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro} [g/h]) de la
materia particulada que se ha hecho fluir hacia el filtro de
partículas diésel primario mediante una ecuación
PM_{introducida \ por \ todo \ el
\ filtro} \ [g/h] \ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q1 \
[m^{3}/h]
en la que PM_{conc} [g/m^{3}]
representa una concentración materia particulada en el gas de
escape.
Según una realización preferida de la presente
invención, se proporciona un procedimiento de medición de materia
particulada que usa un sensor de materia particulada, comprendiendo
el sensor de materia particulada: un filtro de detección de PM
previsto en un conducto de gas ramificado desde un conducto de
escape de un motor diésel en un lado aguas arriba de un filtro de
partículas diésel previsto en el conducto de escape, teniendo el
filtro de detección de PM una capacidad menor que una capacidad del
filtro de partículas diésel; y una parte de medición de la presión
diferencial que mide una presión diferencial entre un orificio de
entrada y un orificio de salida del filtro de detección de PM,
comprendiendo el procedimiento de medición de materia particulada
las etapas de: (A) medir una presión diferencial producida a través
del filtro de detección de PM, una temperatura de un gas de escape
en el conducto de gas y un caudal del gas de escape en dicho
conducto de gas; (B) calcular la masa materia particulada recogida
mediante el filtro de detección de PM por tiempo unitario a partir
de la presión diferencial, la temperatura y el caudal del gas de
escape obtenidos en la etapa (A); (C) calcular la concentración de
la materia particulada en dicho gas de escape a partir de la masa de
materia particulada recogida mediante el filtro de detección de PM
por tiempo unitario obtenida en la etapa (B); (D) calcular la masa
de dicha materia particulada que se ha hecho fluir hacia el filtro
de partículas diésel primario a partir de la concentración de la
materia particulada en el gas de escape obtenida en la etapa (C) y
además desde un estado de funcionamiento del motor o un caudal de
gas hasta el filtro de partículas diésel primario.
Preferiblemente, la etapa de calcular la masa de
dicha materia particulada recogida mediante el filtro de detección
de PM se ejecuta tras la etapa (A) mediante un primer proceso que
incluye la etapa (B) y en el que la etapa de calcular la masa de la
materia particulada que se ha hecho fluir hacia el filtro de
partículas diésel se ejecuta tras la etapa (B) del primer proceso
mediante un segundo proceso que incluye las etapas (C) y (D).
Preferiblemente, la etapa de calcular la masa de
la materia particulada recogida mediante el filtro de detección de
PM se ejecuta tras la etapa (A), mediante un primer proceso que
incluye la etapa (B), y en el que la etapa de calcular la masa de
la materia particulada que se ha hecho fluir hacia el filtro de
partículas diésel se ejecuta tras la etapa (A) mediante un segundo
proceso que incluye las etapas (B) - (D), en el que el primer
proceso y dicho segundo proceso se ejecutan en paralelo.
Preferiblemente, la etapa (B) calcula la
cantidad de carga de hollín de la materia particulada recogida en
el filtro de partículas diésel secundario según una ecuación de la
forma
\DeltaP =
función (flujo, temperatura, carga de hollín,
geometría)
con un ejemplo preferido mostrado
más adelante (aunque también pueden emplearse otras expresiones)
según la cual se calcula el espesor W[m] de una capa de la
materia particulada recogida en el filtro de partículas diésel
secundario
según
en la que \DeltaP representa la
presión diferencial [Pa], \mu representa un coeficiente de
viscosidad cinética, Q representa el caudal del gas de escape en el
filtro de detección de PM representado en cuanto a [m^{3}/h],
\alpha representa una longitud de borde de una célula en dicho
filtro de detección de PM, \rho representa un peso específico del
gas de escape, V_{trap} representa un volumen de filtro del filtro
de detección de PM, W_{s} representa un espesor de pared del
filtro de detección de PM, K_{w} representa una permeabilidad de
pared del filtro de detección de PM, K_{holl\text{í}n} representa
una permeabilidad de la capa de la materia particulada recogida en
el filtro de detección de PM, F es un coeficiente numérico
(=28,454), L representa una longitud de filtro eficaz del filtro de
detección de PM, \beta representa el coeficiente de Forchheimer
de una pared porosa del filtro de detección de PM, \zeta
representa el coeficiente de pérdida de inercia del gas de escape
que entra y que sale del filtro de detección de PM, y además obtiene
una masa m_{holl\text{í}n} [g] de la materia particulada recogida
en el filtro de detección de PM según una
ecuación
en la que N_{células} representa
un número de aberturas de la célula en un lado de entrada de la
misma y \rho_{holl\text{í}n} representa una densidad de la
materia particulada
recogida.
Preferiblemente, la etapa (C) obtiene una
concentración PM_{conc} [g/m^{3}] de la materia particulada en
el gas de escape mediante una ecuación
PM \ [g/h] \ =
\ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q2 \
[m^{3}/h]
en la que Q2 [m^{3}/h] representa
un caudal del gas de escape que pasa a través del filtro de
detección de PM, PM [g/h] representa la masa de la materia
particulada depositada por tiempo unitario en el filtro de
detección de
PM.
\newpage
Preferiblemente, la etapa (D) obtiene la
cantidad (PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro} [g/h]) de
la materia particulada que se ha hecho fluir hacia el filtro de
partículas diésel primario mediante una ecuación
PM_{introducida \ por \ todo \ el
\ filtro} \ [g/h] \ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q1 \
[m^{3}/h]
en la que PM_{conc} [g/m^{3}]
representa una concentración de materia particulada en el gas de
escape.
Primera
realización
La figura 6 muestra la construcción de un
aparato 20 de purificación de gases de escape según una primera
realización de la presente invención.
En referencia a la figura 6, un gas de escape de
un motor diésel no ilustrado se hace fluir hacia un filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario similar al explicado anteriormente
con referencia a la figura 2A por medio de un conducto 21 de
escape, y el filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario recoge la
materia particulada en el gas de escape tal como se explica con
referencia a las figuras 2C y 2D.
Además, con la construcción de la figura 6, un
conducto 21A de escape secundario se ramifica desde el conducto 21
de escape en un lado aguas arriba del filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario y se proporciona un filtro 22A de partículas diésel
secundario en el conducto 21A de escape secundario con un volumen
menor que el volumen del filtro 22 de partículas diésel (DPF)
primario. Además, se proporciona un manómetro 22B diferencial para
medir una presión diferencial \DeltaP producida entre una entrada
y una salida del filtro 22A de partículas diésel secundario.
Además, con la construcción de la figura 6, se proporcionan un
caudalímetro 24 y una válvula 23 de control en el conducto 21A de
escape secundario en un lado aguas abajo del filtro 22A de
partículas diésel secundario, en el que la válvula 23 de control se
usa para mantener constante el caudal del gas de escape en el
conducto 21A de escape secundario basándose en la medición realizada
mediante el caudalímetro 24. Debe observarse que la válvula 23 de
control y el caudalímetro 24 pueden proporcionarse en cualquier
lugar en el conducto 21A de escape secundario. En este caso, debe
observarse que el filtro 22A de partículas diésel secundario, el
manómetro 22B diferencial y el caudalímetro 24 constituyen juntos un
sensor de materia particulada (PM) que mide la cantidad de
partículas contenidas en el gas de escape. El sensor de materia
particulada (PM) puede definirse para incluir una parte (T1) de
medición de la temperatura. Además, es posible proporcionar una
parte T2 de medición de la temperatura en el filtro 22 de partículas
diésel (DPF) primario.
Debe observarse que la parte de medición de la
temperatura en el conducto de escape puede proporcionarse en
cualquiera de: (1) el interior del filtro de partículas diésel
primario, (2) el interior del filtro de partículas diésel
secundario, (3) en un tubo conectado a los mismos, (4) el exterior
del filtro de partículas diésel primario o (5) el exterior del
filtro de partículas diésel secundario. Desde el punto de vista de
la medición precisa de la temperatura del gas de escape, es
preferible la disposición de (1) o (2), en la que se cree que es
más preferible la disposición de (2).
La figura 7A muestra la construcción global que
incluye el filtro 22A de partículas diésel secundario, mientras que
la figura 7B muestra el principio del filtro 22A de partículas
diésel secundario.
Debe observarse que el filtro 22A de partículas
diésel secundario puede estar formado de un material cerámico
poroso similar al filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario. En
el caso en el que el filtro de partículas diésel secundario esté
formado de un material cerámico poroso, es preferible que el filtro
de partículas diésel secundario incluya una célula 22b de forma
rectangular. En ella está formado un único paso 22a de gas que
tiene un volumen de 65 ml o menos tal como 0,05 ml - 65 ml, o el 5%
o menos tal como el 0,05% - 5% del volumen total de los pasos de
gas de escape (correspondiente al paso 12a de la figura 3) en el
filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario. Como alternativa, el
paso 22a de gas puede tener un área de filtración de 0,1 cm^{2} -
1000 cm^{2} (preferiblemente 1 cm^{2} - 10 cm^{2}). El paso
22a de gas puede tener una forma en sección transversal
rectangular, por ejemplo, y está formado en el estado en el que un
extremo del mismo está cerrado (el extremo posterior está cerrado
en el caso de una célula). En este caso, debe observarse que la
forma externa del paso 22a de gas o la forma externa del filtro 22A
de partículas diésel secundario (célula 22b) no ha de ser
necesariamente idéntica a la forma en sección transversal de los
pasos de gas del filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario, y
por tanto, pueden conformarse para dar cualquier forma arbitraria de
circular, cuadrada, octaédrica, elíptica o similares. Además, debe
observarse que el material cerámico poroso que constituye el filtro
22A de partículas diésel secundario (célula 22b) no ha de ser
necesariamente idéntico al material cerámico poroso que forma el
filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario. Además, debe
observarse que el filtro 22A de partículas diésel secundario
(célula 22b) puede estar formado de un material distinto a los
materiales cerámicos.
Mediante la formación del paso 22a de gas con el
volumen del 5% o menos del paso de gas de escape (correspondiente
al paso 12a de la figura 3) en el filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario, o con el volumen de 65 ml o menos, o con el área de
filtración de 0,1 cm^{2} - 1000 cm^{2} (preferiblemente 1
cm^{2} - 10 cm^{2}), se posibilita medir la cantidad de
deposición de la materia particulada en el filtro 22 de partículas
diésel (DPF) primario con un procedimiento sencillo.
El filtro 22A de partículas diésel secundario
(célula 22b) está provisto de una parte de medición de la
temperatura para medir la temperatura T del gas de escape, y se
proporciona un termopar 22d para la parte de medición de la
temperatura. Además, un calentador 22h está enrollado alrededor del
filtro de partículas diésel secundario (célula 22b) para incinerar
una capa 22c de hollín depositada en la superficie de pared interna
y para regenerar el filtro 22A de partículas diésel secundario.
Además, la célula 22b, el termopar 22d y el calentador 22h están
alojados en un soporte 22e cilíndrico de
SiO_{2}-Al_{2}O_{3} o similares, por medio de
un aislante 22i de Al_{2}O_{3} o similares, y se proporciona un
manómetro 22B de diafragma en el soporte 22e para medir la presión
diferencial \DeltaP, de tal manera que el gas de escape en el
conducto 21A de escape secundario se suministra al manómetro 22B.
El soporte 22e está alojado en un alojamiento metálico y se
proporciona al conducto de escape secundario como el sensor de
materia particulada (PM). El soporte 22e también puede
proporcionarse dentro del tubo del conducto de escape secundario o
puede proporcionarse dentro del conducto de escape secundario en el
estado alojado en el alojamiento metálico.
Por tanto, cuando se introduce el gas de escape
en el conducto 21A de escape secundario en el paso 22a de escape
del filtro de partículas diésel secundario (célula 22b), se hace
fluir el gas de escape hacia fuera de la célula a través de la
superficie de pared del filtro de partículas diésel secundario
(célula 22b), y se recoge la materia particulada en el gas de
escape de manera similar al caso de la figura 2C. De ese modo, la
materia particulada se deposita sobre la superficie interna de la
célula 22b para formar una capa 22c.
Con la presente realización, se calcula la
cantidad de deposición de la materia 22c particulada así recogida y
depositada en la superficie de pared interna del filtro 22 de
partículas diésel a partir de la diferencia de presión \DeltaP y
de la temperatura T del gas de escape y del caudal Q del gas de
escape así obtenidos mediante el uso de la ecuación (1) más
adelante.
La figura 8 muestra una construcción más
detallada del filtro 22A de partículas diésel secundario de la
figura 6.
En referencia a la figura 8, el gas de escape en
el conducto 21A de escape secundario se suministra al paso 22a de
gas en el filtro de partículas diésel secundario (célula 22b) tal
como se representa mediante una flecha y se descarga, tras pasar a
través de la célula, en la dirección lateral o dirección trasera. De
ese modo, se acciona el calentador 22h en el filtro de partículas
diésel secundario (célula 22b) mediante la energía eléctrica
suministrada mediante un conducto 22b1 de accionamiento y produce la
incineración en la materia 22c particulada recogida mediante la
célula 22b. Además, se suministra la señal de salida del manómetro
22B de diafragma a un circuito de control por medio de un conducto
22p de señal.
Con el filtro 22A de partículas diésel
secundario de las figuras 7A y 7B, se calcula la cantidad de carga
de hollín de la materia particulada recogida en el filtro de
partículas diésel secundario según una ecuación de la forma
en la que \DeltaP representa la
presión diferencial [Pa], \mu representa un coeficiente de
viscosidad cinética, Q representa el caudal del gas de escape
representado en cuanto a [m^{3}/h], \alpha representa una
longitud de borde de la célula, \rho representa un peso específico
del gas de escape, V_{trap} representa un volumen de filtro,
W_{s} representa un espesor de pared, K_{w} representa una
permeabilidad de gas a través de la pared, K_{holl\text{í}n}
representa una permeabilidad de gas de la capa de materia
particulada recogida, W representa el espesor de la capa de materia
particulada recogida, F es un coeficiente numérico (= 28,454), L
representa una longitud de filtro eficaz, \beta representa el
coeficiente de Forchheimer de la pared porosa, \zeta representa
el coeficiente de pérdida de inercia del gas de escape que entra y
sale del
filtro.
A continuación, la masa m_{holl\text{í}n} de
la materia particulada recogida mediante el filtro de partículas
diésel secundario (célula 21b) se obtiene según
en la que m_{holl\text{í}n}
representa la masa [g] de la materia particulada recogida, mientras
que N_{células} representa un número de aberturas de la célula en
el lado de entrada y \rho_{holl\text{í}n} representa la densidad
de la materia particulada
recogida.
Por tanto, una cantidad de recogida por tiempo
unitario, PM [g/h] se obtiene dividiendo m_{holl\text{í}n} entre
el tiempo [h] tal como se mide a partir de la regeneración anterior
del filtro 22A de partículas diésel secundario.
Una vez que se obtiene la masa PM [g/h] de la
materia particulada depositada en una tiempo unitario, se obtiene
la concentración de la materia particulada en el gas de escape,
PM_{conc} [g/m^{3}], mediante el uso del caudal Q2 [m^{3}/h]
del gas de escape que pasa a través del filtro 22A de partículas
diésel secundario como
(3)PM \ [g/h]
\ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q2 \
[M^{3}/H].
Dado que la concentración PM_{conc} de la
materia particulada en el gas de escape toma el mismo valor en el
conducto 21A de escape secundario y también en el conducto 21 de
escape, se obtiene la cantidad de la materia particulada
PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro} [g/h] que ha fluido
hacia el filtro 22 de partículas diésel a partir de la masa PM
[g/h] de la materia particulada depositada por tiempo unitario,
como
(4)PM_{introducida \ por \ todo \
el \ filtro} \ [g/h] \ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q1 \
[m^{3}/h]
Además, a partir de esto, se obtiene la cantidad
de la materia particulada depositada en el filtro teniendo en
cuenta la eficacia de recogida del filtro. En lo anterior, Q1
representa el caudal del gas de escape que pasa a través del filtro
22 de partículas diésel (DPF) primario. Q1 puede obtenerse mediante
medición real o puede estimarse a partir del estado de
funcionamiento del motor.
La figura 9 muestra la relación entre la presión
diferencial que se produce a través del filtro 22 de partículas
diésel (DPF) primario del aparato de purificación de gases de escape
de la figura 6 y la cantidad de deposición de la materia
particulada en el filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario, en
el que debe observarse que la línea continua muestra el caso en el
que se obtiene la cantidad de deposición de la materia particulada
en el filtro 22 de partículas diésel principal mediante el uso del
filtro 22A de partículas diésel secundario y las ecuaciones (1) -
(4). Por otra parte, la línea discontinua representa el caso en el
que se obtiene la cantidad de deposición de la materia particulada
en el filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario directamente a
partir de la presión diferencial a través del filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario.
En referencia a la figura 9, puede observarse
que puede producirse una variación, y por tanto un error, de hasta
el \pm50% en la presión diferencial a través del filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario cuando se compara con la misma
cantidad de deposición de la materia particulada.
Por lo contrario, es posible obtener la cantidad
de deposición de la materia particulada recogida mediante el filtro
22 de partículas diésel (DPF) primario dentro del error del \pm10%
obteniendo la presión diferencial \DeltaP a través de la materia
particulada diésel secundaria y mediante el uso de las ecuaciones
(1) - (4).
Por tanto, según la presente invención, se
posibilita evaluar con precisión la cantidad de deposición de la
materia particulada en el filtro 22 de partículas diésel (DPF)
primario en el aparato de purificación de gases de escape de la
figura 6 mediante la medición de la presión diferencial \DeltaP
formada en el filtro 22A de partículas diésel secundario de volumen
pequeño, y se posibilita ejecutar la regeneración del filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario con tiempos óptimos llevando a cabo
la inyección posterior basándose en el resultado anterior. Con esto
se evita la inyección posterior innecesaria y se mejora la eficacia
de combustible del vehículo.
En la construcción de la figura 6, es posible
usar un caudalímetro Vencheri conocido, un caudalímetro de hilo
caliente o similares, en el que el caudalímetro 24 puede controlar
el caudal de gas de escape en el conducto 21A de escape secundario
generalmente constante dentro del intervalo de 50 - 6000 ml/min.,
por ejemplo. Con esto se evita un flujo unilateral del gas de
escape a través del conducto 21A de escape secundario y se
posibilita obtener la cantidad de deposición de la materia
particulada en el filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario a
partir de la cantidad de deposición obtenida mediante el uso del
filtro 22A de partículas diésel secundario, con precisión mejorada
adicional.
En este caso, debe observarse que la "parte de
medición de la presión diferencial que mide una presión diferencial
entre una entrada y una salida de dicho filtro de partículas diésel
secundario" incluye no sólo el manómetro diferencial que mide la
presión diferencial entre el lado de entrada y el lado de salida del
filtro 22A de partículas diésel secundario, sino también la
construcción que usa un manómetro sólo en el lado de salida del
filtro 22A de partículas diésel. Con una construcción de este tipo,
se memoriza el valor de presión del estado inicial (el estado
inmediatamente tras la regeneración) y se calcula la presión
diferencial mediante la medición de la presión para el estado en el
que se produce la deposición del material particulado en el filtro
22A de partículas diésel secundario y restando el valor de presión
así obtenido del valor de presión inicial memorizado.
Además, también es posible proporcionar un
caudalímetro, un medidor de la velocidad de flujo o similares, en
el lado de entrada y el lado de salida o sólo en el lado de salida
del filtro de partículas diésel secundario para medir la presión
diferencial. Con una construcción de este tipo, se obtiene la
presión diferencial a partir del valor de lectura del caudalímetro,
el medidor de la velocidad de flujo o similares, proporcionado en
el lado de entrada y el lado de salida del filtro de partículas
diésel secundario. Como alternativa, puede obtenerse la presión
diferencial a partir del valor de lectura del caudalímetro, el
medidor de la velocidad de flujo, o similares, en el lado de salida
del filtro de partículas diésel secundario, comparando el valor de
lectura para el estado inicial (el estado inmediatamente tras la
regeneración) y el valor de lectura para el estado en el que se
produce la deposición de la materia particulada en el filtro de
partículas diésel secundario.
La presente invención tiene la característica de
obtener la cantidad de la materia particulada depositada en el
filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario a partir de la presión
diferencial obtenida para el filtro 22A de partículas diésel
secundario mediante el uso de las ecuaciones (1) - (4), y por tanto,
puede usarse cualquier instrumento incluyendo los que se usan
convencionalmente para medir una presión diferencial para medir la
presión diferencial del filtro de partículas diésel secundario.
Segunda
realización
La figura 10 es un diagrama de flujo que muestra
el procedimiento de purificación de gases de escape según una
segunda realización de la presente invención que usa el aparato de
purificación de gases de escape de la figura 6.
En referencia a la figura 10, se detecta el
caudal Q de gas de escape mediante el caudalímetro 24 en la etapa 1
y se detecta la presión diferencial \DeltaP a través del filtro
22A de partículas diésel secundario mediante el manómetro 22B
diferencial. Además, se detecta la temperatura del gas de escape
mediante el uso de la parte T1 de medición de la temperatura.
A continuación, en la etapa 2, se obtiene el
espesor W de capa de la materia particulada recogida mediante el
filtro 22A de partículas diésel secundario a partir de la presión
diferencial \DeltaP detectada en la etapa 1 según la ecuación
(1). En este caso, debe observarse que la temperatura T del gas de
escape puede obtenerse mediante el uso de la parte T2 de medición
de la temperatura del filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario
en lugar de usar la parte T1 de medición de la temperatura del
filtro 22A de partículas diésel secundario como en el presente
caso. Además, puede calcularse la temperatura T a partir de las
temperaturas de las partes T1 y T2 de medición de la temperatura
(en forma del valor promedio, el valor máximo, el valor mínimo, por
ejemplo). Desde el punto de vista del cálculo de la cantidad de la
materia particulada de manera más precisa, es preferible usar la
parte T1 de medición de la temperatura del filtro 22A de partículas
diésel secundario. Para la parte de medición de la temperatura
puede usarse un termopar, mientras que también es posible usar
cualquier instrumento siempre que pueda medir la temperatura. Aunque
es preferible medir la temperatura del gas de escape dentro del
tubo de escape, también es posible medir la temperatura del filtro o
de la célula.
Además, en la etapa 2, se obtiene la masa
m_{holl\text{í}n} de la materia particulada recogida mediante la
célula 21b a partir del espesor W de capa detectado en la etapa 1
mediante el uso de la ecuación (2) mencionada anteriormente.
Además, en la etapa 3, se considera si la masa
m_{holl\text{i}n} de la materia particulada estratificada
depositada en la célula 22b del filtro 22A de partículas diésel
secundario ha rebasado o no un umbral Th0 predeterminado, y si el
resultado es NO, el proceso vuelve a la etapa 1.
Cuando la masa m_{holl\text{í}n} de la materia
particulada estratificada depositada en la célula 22b del filtro
22A de partículas diésel secundario ha rebasado el umbral Th0
predeterminado en la etapa 3, se activa el calentador 22h en la
etapa 4 y se elimina la materia 22c particulada mediante
combustión.
Mientras tanto, en el proceso de la figura 10,
se obtiene la concentración PM de la materia particulada en el gas
de escape en la etapa 11 a partir de la ecuación (3) usando la masa
m_{holl\text{í}n} de la materia particulada recogida en la célula
22b obtenida en la etapa 2, y se obtiene la cantidad depositada
PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro} de las partículas
depositadas en el filtro 22 de partículas diésel principal a partir
de la ecuación (4) y a partir de la eficacia de recogida del filtro
22 de partículas diésel (DPF) primario.
Por tanto, en la etapa 12, se considera si la
cantidad depositada PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro}
de la materia particulada en el filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario rebasa o no un valor Th1 umbral predeterminado, y si
el resultado de la consideración es NO, la operación vuelve a la
etapa S11.
En el caso en el que se considera en la etapa 12
que la cantidad depositada PM_{introducida \ por \ todo \ el \
filtro} de la materia particulada en el filtro 22 de partículas
diésel (DPF) primario rebasa el valor Th1 umbral predeterminado, se
ejecuta la inyección posterior en la etapa 13 mediante el control de
una unidad de control del motor (ECU), y se elimina la materia
particulada depositada en el filtro 22 de partículas diésel (DPF)
primario mediante combustión. De ese modo, se logra la regeneración
del filtro.
Con el proceso de la figura 10, es posible
llevar a cabo la regeneración del filtro 22A de partículas diésel
secundario y el filtro 22 de partículas diésel (DPF) primario
independientemente, y por tanto, es posible mantener siempre la
cantidad depositada de la materia 22c particulada, o la cantidad de
la capa de hollín, en la célula 22b, que constituye el filtro 22A
de partículas diésel secundario, para que sea un valor pequeño de
0,5 g/l o menos. Con una construcción de este tipo, se posibilita
mejorar la sensibilidad del sensor de materia particulada que usa
el filtro 22A de partículas diésel secundario.
Con la construcción de la figura 6, en la que se
inserta la válvula 23 en el conducto 21A de escape secundario, no
se produce una situación tal que el gas de escape fluye
predominantemente a través del filtro de partículas diésel
secundario en el que se ha realizado la regeneración incluso cuando
la regeneración del filtro 22A de partículas diésel secundario se
realiza de manera independiente al filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario, y no se produce ningún error en la evaluación de la
cantidad depositada de la materia particulada en el filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario.
De ese modo, debe observarse que no hay
necesidad de que la válvula 23 mantenga el caudal de gas de escape
en el conducto 21A de escape secundario exactamente a un nivel
constante, sino que simplemente es suficiente evitar la desviación
extrema del flujo de gas de escape hacia el conducto 21A de escape
secundario.
Por tanto, en la segunda realización indicada
anteriormente se miden la presión diferencial \DeltaP, la
temperatura T del gas de escape y el caudal Q de gas de escape
(etapa 1), se obtiene la masa de la materia particulada recogida
mediante el filtro de partículas diésel secundario mediante el uso
de las ecuaciones (1) y (2) a partir del resultado anterior de
medición (etapa 2) y se obtiene la cantidad de la materia
particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
primario a partir de la cantidad de la materia particulada recogida
en el filtro de partículas diésel secundario mediante el uso de las
ecuaciones (3) y (4) y además usando la eficacia de recogida del
filtro de partículas diésel primario (etapa 11).
En la figura 10, y también en la figura 11 que
va explicarse más adelante, el filtro 22 de partículas diésel (DPF)
primario se designa como DPF mientras que el filtro 22A de
partículas diésel secundario se designa como
sub-DPF. Además, la deposición de materia
particulada diésel se designa como DPM depo.
Por otra parte, el proceso de obtención de la
cantidad de la materia particulada recogida en el filtro de
partículas diésel primario puede modificarse tal como se muestra en
la figura 11.
Por tanto, en la figura 11, el proceso para
obtener la cantidad de la materia particulada recogida mediante el
filtro de partículas diésel primario (etapa 11) se lleva a cabo en
paralelo con el proceso de obtención de la cantidad de la materia
particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
secundario (etapa 2), usando el resultado de la medición obtenido
en la etapa 1.
Tercera
realización
La figura 12 es un diagrama de flujo que muestra
el procedimiento de medición de la materia particulada según una
tercera realización de la presente invención que usa el sensor de
materia particulada PM de la figura 6, en el que las partes
correspondientes a las partes descritas anteriormente se designan
mediante los mismos números de referencia y se omitirá la
descripción de las mismas.
En referencia a la figura 12, se fija el caudal
en el conducto 21A de escape secundario a un valor predeterminado
en el intervalo de 50 - 6000 ml/min. en la etapa 21 correspondiente
a la etapa 1 anterior mediante el uso del caudalímetro 24, o en
algunos casos mediante el uso de la válvula 23, y se detecta la
presión diferencial \DeltaP a través del filtro 22A de partículas
diésel secundario mediante el manómetro 22B diferencial. Además, se
detecta la temperatura del gas de escape mediante el uso de la parte
T1 de medición de la temperatura.
A continuación, en la etapa 22 correspondiente a
la etapa 2 anterior, se obtiene el espesor W de capa de la materia
particulada recogida mediante el filtro 22A de partículas diésel
secundario a partir de la presión diferencial \DeltaP detectada
en la etapa 1 según la ecuación (1). En este caso, debe observarse
que puede obtenerse la temperatura T del gas de escape mediante el
uso de la parte T2 de medición de la temperatura del filtro 22 de
partículas diésel (DPF) primario en lugar de usar la parte T1 de
medición de la temperatura del filtro 22A de partículas diésel
secundario como en el presente ejemplo. Además, puede calcularse la
temperatura T a partir de las temperaturas de las partes T1 y T2 de
medición de la temperatura (en forma del valor promedio, el valor
máximo, el valor mínimo, por ejemplo). Desde el punto de vista del
cálculo de la cantidad de la materia particulada de manera más
precisa, es preferible usar la parte T1 de medición de la
temperatura del filtro 22A de partículas diésel secundario. Para la
parte de medición de la temperatura puede usarse un termopar,
aunque también es posible usar cualquier instrumento siempre que
pueda medir la temperatura. Aunque es preferible medir la
temperatura del gas de escape dentro del tubo de escape, también es
posible medir la temperatura del filtro o de la célula.
Además, en la etapa 22, se obtiene la masa
m_{holl\text{í}n} de la materia particulada recogida mediante la
célula 21b a partir del espesor W de capa detectado en la etapa 1
mediante el uso de la ecuación (2) mencionada anteriormente.
Además, en el proceso de la figura 12, se
obtiene la concentración PM de la materia particulada en el gas de
escape en la etapa 31 correspondiente a la etapa 11 anterior a
partir de la ecuación (3) usando la masa m_{holl\text{í}n} de la
materia particulada recogida en la célula 22b obtenida en la etapa
22, y se obtiene la cantidad depositada PM_{introducida \ por \
todo \ el \ filtro} de las partículas depositadas en el filtro 22
de partículas diésel principal a partir de la ecuación (4) y a
partir de la eficacia de recogida del filtro 22 de partículas
diésel (DPF) primario.
Por tanto, en la tercera realización indicada
anteriormente se miden la presión diferencial \DeltaP, la
temperatura T del gas de escape y el caudal Q de gas de escape
(etapa 21), la masa de la materia particulada recogida mediante el
filtro de partículas diésel secundario se obtiene mediante el uso de
las ecuaciones (1) y (2) a partir del resultado anterior de
medición (etapa 22), y se obtiene la cantidad de la materia
particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
primario a partir de la cantidad de la materia particulada recogida
en el filtro de partículas diésel secundario mediante el uso de las
ecuaciones (3) y (4) y además mediante el uso de la eficacia de
recogida del filtro de partículas diésel primario (etapa 31).
En la figura 12, y también en la figura 13 que
va a explicarse más adelante, el filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario se designa como DPF mientras que el filtro 22A de
partículas diésel secundario se designa como
sub-DPF. Además, la deposición de la materia
particulada diésel se designa como DPM depo.
Por otra parte, el proceso de obtención de la
cantidad de la materia particulada recogida en el filtro de
partículas diésel primario puede modificarse tal como se muestra en
la figura 13.
Por tanto, en la figura 13, el proceso para
obtener la cantidad de la materia particulada recogida mediante el
filtro de partículas diésel primario (etapa 31) se lleva a cabo en
paralelo con el proceso de obtención de la cantidad de la materia
particulada recogida mediante el filtro de partículas diésel
secundario (etapa 22), usando el resultado de medición obtenido en
la etapa 21.
Además, aunque hasta ahora en el presente
documento se ha realizado la explicación para el caso de usar un
componente de panal de SiC para el filtro 22 de partículas diésel
(DPF) primario y el filtro 22A de partículas diésel secundario, la
presente invención no está limitada de ninguna manera a tales
componentes de filtro particulares, y también es posible usar un
material compuesto que contiene carburo de silicio en el 60% o más,
tal como un material compuesto de carburo de silicio y metal tal
como silicio (la presente invención incluye un material compuesto
de este tipo también en carburo de silicio), un nitruro tal como
nitruro de aluminio, nitruro de silicio, nitruro de boro, nitruro
de tungsteno, o similares, un carburo tal como carburo de zirconio,
carburo de titanio, carburo de tantalio, carburo de tungsteno, o
similares, un óxido tal como alúmina, óxido de zirconio,
cordierita, mullita, sílice, titanato de aluminio, o un cuerpo
poroso de metal tal como acero inoxidable. Además, es posible usar
un cuerpo estructural tal como una placa de elemento u ondulada
además de la estructura de panal.
El aparato de purificación de gases de escape de
la presente invención tiene un tamaño compacto y no sólo puede
aplicarse a vehículos grandes como camiones o máquinas industriales
sino también a turismos.
Claims (18)
1. Un aparato (20) de purificación de gases de
escape, que comprende:
un filtro (22) de partículas diésel primario
previsto en un conducto (21) de escape de un motor (11) diésel;
un conducto (21A) de escape secundario
ramificado desde dicho conducto de escape en un lado aguas arriba de
dicho filtro de partículas diésel primario;
un filtro (22A) de partículas diésel secundario
previsto en dicho conducto de escape secundario, teniendo dicho
filtro de partículas diésel secundario una capacidad menor que una
capacidad de dicho filtro de partículas diésel primario; y
una parte (22B) de medición de la presión
diferencial que mide una presión diferencial entre una entrada y
una salida de dicho filtro de partículas diésel secundario, de modo
que se mide una cantidad de deposición de partículas en la materia
particulada diésel primaria usando el filtro de partículas diésel
secundario.
2. El aparato de purificación de gases de escape
según la reivindicación 1, en el que dicho conducto de escape
secundario incluye además un caudalímetro (24).
3. El aparato de purificación de gases de escape
según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho conducto de escape
secundario incluye además una parte (T1) de medición de la
temperatura.
4. El aparato de purificación de gases de escape
según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que dicho
filtro de partículas diésel secundario incluye un calentador
(22b).
5. El aparato de purificación de gases de escape
según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, que incluye además
una válvula (23) para mantener un caudal de dicho gas de escape en
dicho conducto de escape secundario a un valor predeterminado.
6. Un procedimiento de purificación de gases de
escape que usa un aparato (20) de purificación de gases de escape
que comprende: un filtro (22) de partículas diésel primario previsto
en un conducto (21) de escape de un motor (11) diésel; un conducto
(21A) de escape secundario ramificado desde dicho conducto de escape
en un lado aguas arriba de dicho filtro de partículas diésel
primario; un filtro (22A) de partículas diésel secundario previsto
en dicho conducto de escape secundario, teniendo dicho filtro de
partículas diésel secundario una capacidad menor que una capacidad
de dicho filtro de partículas diésel primario; y una parte (22B) de
medición de la presión diferencial que mide una presión diferencial
entre un orificio de entrada y un orificio de salida de dicho
filtro de partículas diésel secundario, caracterizado porque
dicho procedimiento de purificación de gases de escape comprende
las etapas de:
(A) medir una presión diferencial producida a
través de dicho filtro de partículas diésel secundario, una
temperatura de un gas de escape en dicho conducto de escape
secundario y un caudal de dicho gas de escape;
(B) obtener una masa de materia particulada
recogida mediante dicho filtro de partículas diésel secundario por
tiempo unitario a partir de dicha presión diferencial, dicha
temperatura y dicho caudal de dicho gas de escape obtenidos en
dicha etapa (A);
(C) obtener una concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape a partir de dicha masa de
materia particulada recogida mediante dicho filtro de partículas
diésel secundario por tiempo unitario obtenida en dicha etapa
(B);
(D) obtener una masa de dicha materia
particulada que se ha hecho fluir hacia dicho filtro de partículas
diésel primario a partir de dicha concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape obtenida en dicha etapa (C) y
además desde un estado de funcionamiento del motor o un caudal de
gas hasta dicho filtro de partículas diésel primario;
(E) considerar si dicha masa de dicha materia
particulada recogida mediante dicho filtro de partículas diésel
primario ha rebasado o no un umbral predeterminado a partir de dicha
masa de dicha materia particulada recogida mediante dicho filtro de
partículas diésel primario obtenida en dicha etapa (D) y una
eficacia de recogida de dicho filtro de partículas diésel primario;
y
(F) ejecutar la regeneración de dicho filtro de
partículas diésel primario en el caso de que dicha masa de dicha
materia particulada diésel recogida mediante dicho filtro de
partículas diésel primario haya rebasado dicho umbral
predeterminado.
7. El procedimiento de purificación de gases de
escape según la reivindicación 6, que incluye además la etapa de
regenerar dicho filtro de partículas diésel secundario, ejecutándose
la regeneración de dicho filtro de partículas diésel secundario de
manera independiente a la regeneración de dicho filtro de partículas
diésel primario en el caso en el que una masa de materia
particulada recogida en dicho filtro de partículas diésel
secundario haya rebasado un valor predeterminado.
8. El procedimiento de purificación de gases de
escape según la reivindicación 7, en el que dicha etapa de regenerar
dicho filtro de partículas diésel secundario se ejecuta tras dicha
etapa (A) mediante un primer proceso que incluye dicha etapa (B) y
en el que dicha etapa de regenerar dicho filtro de partículas diésel
primario se ejecuta tras dicha etapa (B) de dicho primer proceso
mediante un segundo proceso que incluye dichas etapas (C) y
(D).
9. El procedimiento de purificación de gases de
escape según la reivindicación 7, en el que dicha etapa de regenerar
dicho filtro de partículas diésel secundario se ejecuta tras dicha
etapa (A) mediante un primer proceso que incluye dicha etapa (B) y
en el que dicha etapa de regenerar dicho filtro de partículas diésel
primario se ejecuta tras dicha etapa (A) mediante un segundo
proceso que incluye dichas etapas (B) - (D), en el que dicho primer
proceso y dicho segundo proceso se ejecutan en paralelo.
10. El procedimiento de purificación de gases de
escape según cualquiera de las reivindicaciones 6 - 9, en el que
dicha etapa (B) obtiene un espesor W[m] de una capa de dicha
materia particulada recogida en dicho filtro de partículas diésel
secundario según una ecuación de
en la que \DeltaP representa
dicha presión diferencial [Pa], \mu representa un coeficiente de
viscosidad cinética, Q representa dicho caudal de dicho gas de
escape en dicho segundo filtro de partículas diésel representado en
cuanto a [m^{3}/h], \alpha representa una longitud de borde de
una célula en dicho filtro de partículas diésel secundario, \rho
representa un peso específico de dicho gas de escape, V_{trap}
representa un volumen de filtro de dicho filtro de partículas
diésel secundario, W_{s} representa un espesor de pared de dicho
filtro de partículas diésel secundario, K_{w} representa una
permeabilidad de pared de dicho filtro de partículas diésel
secundario, K_{holl\text{í}n} representa una permeabilidad de
dicha capa de dicha materia particulada recogida en dicho segundo
filtro de partículas diésel, F es un coeficiente (=28,454), L
representa una longitud de filtro eficaz de dicho segundo filtro de
partículas diésel, \beta representa un coeficiente de una pared
porosa de dicho segundo filtro de partículas diésel, \zeta
representa la presión diferencial producida en dicho gas de escape
que pasa a través de dicho filtro de partículas diésel secundario, y
además obtiene una masa m_{holl\text{í}n} [g] de dicha materia
particulada recogida en dicho filtro de partículas diésel secundario
según una
ecuación
en la que N_{cells} representa un
número de aberturas de dicha célula en un lado de entrada de la
misma y \rho_{holl\text{í}n} representa una densidad de dicha
materia particulada
recogida.
11. El procedimiento de purificación de gases de
escape según la reivindicación 10, en el que dicha etapa (C)
obtiene una concentración PM_{conc} [g/m^{3}] de dicha materia
particulada en dicho gas de escape mediante una ecuación
PM \ [g/h] \ =
\ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q2 \
[m^{3}/h]
en la que Q2 [m^{3}/h] representa
un caudal de dicho gas de escape que pasa a través de dicho filtro
de partículas diésel secundario, PM [g/h] representa la masa de la
materia particulada depositada por tiempo
unitario.
12. El procedimiento de purificación de gases de
escape según la reivindicación 11, en el que dicha etapa (D)
obtiene la cantidad (PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro}
[g/h]) de dicha materia particulada que se ha hecho fluir hacia
dicho filtro de partículas diésel primario mediante una ecuación
PM_{introducida \ por \ todo \ el
\ filtro} \ [g/h] \ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q1 \
[m^{3}/h]
en la que PM_{conc} [g/m^{3}]
representa una concentración de materia particulada en dicho gas de
escape.
13. Un procedimiento de medición de materia
particulada que usa un sensor de materia particulada, comprendiendo
dicho sensor de materia particulada: un filtro de detección de PM
previsto en un conducto de gas ramificado desde un conducto de
escape de un motor diésel en un lado aguas arriba de un filtro de
partículas diésel previsto en dicho conducto de escape, teniendo
dicho filtro de detección de PM una capacidad menor que una
capacidad de dicho filtro de partículas diésel; y una parte de
medición de la presión diferencial que mide una presión diferencial
entre un orificio de entrada y un orificio de salida de dicho filtro
de detección de PM, comprendiendo dicho procedimiento de medición
de materia particulada las etapas de:
(A) medir una presión diferencial producida a
través de dicho filtro de detección de PM, una temperatura de un
gas de escape en dicho conducto de gas y un caudal de dicho gas de
escape en dicho conducto de gas;
(B) obtener una masa de materia particulada
recogida mediante dicho filtro de detección de PM por tiempo
unitario a partir de dicha presión diferencial, dicha temperatura y
dicho caudal de dicho gas de escape obtenidos en dicha etapa
(A);
(C) obtener una concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape a partir de dicha masa de
materia particulada recogida mediante dicho filtro de detección de
PM por tiempo unitario obtenida en dicha etapa (B);
(D) obtener una masa de dicha materia
particulada que se ha hecho fluir hacia dicho filtro de partículas
diésel primario a partir de dicha concentración de dicha materia
particulada en dicho gas de escape obtenida en dicha etapa (C) y
además desde un estado de funcionamiento del motor o un caudal de
gas hasta dicho filtro de partículas diésel primario.
14. El procedimiento de medición de materia
particulada según la reivindicación 13, en el que dicha etapa de
obtener la masa de dicha materia particulada recogida mediante
dicho filtro de detección de PM se ejecuta tras dicha etapa (A)
mediante un primer proceso que incluye dicha etapa (B) y en el que
dicha etapa de obtener la masa de dicha materia particulada que se
ha hecho fluir hacia dicho filtro de partículas diésel se ejecuta
tras dicha etapa (B) de dicho primer proceso mediante un segundo
proceso que incluye dichas etapas (C) y (D).
15. El procedimiento de medición de partículas
según la reivindicación 13, en el que dicha etapa de obtener la
masa de dicha materia particulada recogida mediante dicho filtro de
detección de PM se ejecuta tras dicha etapa (A) mediante un primer
proceso que incluye dicha etapa (B) y en el que dicha etapa de
obtener la masa de dicha materia particulada que se ha hecho fluir
hacia dicho filtro de partículas diésel se ejecuta tras dicha etapa
(A) mediante un segundo proceso que incluye dichas etapas (B) - (D),
en el que dicho primer proceso y dicho segundo proceso se ejecutan
en paralelo.
16. El procedimiento de medición de materia
particulada según cualquiera de las reivindicaciones 13 - 15, en el
que dicha etapa (B) obtiene un espesor W[m] de una capa de
dicha materia particulada recogida en dicho filtro de detección de
PM según una ecuación de
en la que \DeltaP representa
dicha presión diferencial [Pa], \mu representa un coeficiente de
viscosidad cinética, Q representa dicho caudal de dicho gas de
escape en dicho filtro de detección de PM representado en cuanto a
[m^{3}/h], \alpha representa una longitud de borde de una célula
en dicho filtro de detección de PM, \rho representa un peso
específico de dicho gas de escape, V_{trap} representa un volumen
de filtro de dicho filtro de detección de PM, W_{s} representa un
espesor de pared de dicho filtro de detección de PM, K_{w}
representa una permeabilidad de pared de dicho filtro de detección
de PM, K_{holl\text{í}n} representa una permeabilidad de dicha
capa de dicha materia particulada recogida en dicho filtro de
detección de PM, F es un coeficiente (=28,454), L representa una
longitud de filtro eficaz de dicho filtro de detección de PM,
\beta representa un coeficiente de una pared porosa de dicho
filtro de detección de PM, \zeta representa la presión
diferencial producida en dicho gas de escape que pasa a través de
dicho filtro de detección de PM, y además obtiene una masa
m_{holl\text{í}n} [g] de dicha materia particulada recogida en
dicho filtro de detección de PM según una
ecuación
en la que N_{células} representa
un número de aberturas de dicha célula en un lado de entrada de la
misma y \rho_{holl\text{í}n} representa una densidad de dicha
materia particulada
recogida.
17. El procedimiento de medición de materia
particulada según la reivindicación 16, en el que dicha etapa (C)
obtiene una concentración PM_{conc} [g/m^{3}] de dicha materia
particulada en dicho gas de escape mediante una ecuación
PM \ [g/h] \ =
\ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q2 \
[m^{3}/h]
en la que Q2 [m^{3}/h] representa
un caudal de dicho gas de escape que pasa a través de dicho filtro
de detección de PM, PM [g/h] representa la masa de la materia
particulada depositada por tiempo unitario en dicho filtro de
detección de
PM.
18. El procedimiento de medición de materia
particulada según la reivindicación 17, en el que dicha etapa (D)
obtiene la cantidad (PM_{introducida \ por \ todo \ el \ filtro}
filter [g/h]) de dicha materia particulada que se ha hecho fluir
hacia dicho filtro de partículas diésel primario mediante una
ecuación
PM_{introducida \ por \ todo \ el
\ filtro} \ [g/h] \ = \ PM_{conc} \ [g/m^{3}] \ x \ Q1 \
[m^{3}/h]
en la que PM_{conc} [g/m^{3}]
representa una concentración de materia particulada en dicho gas de
escape.
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