ES2215630T3 - Sistema de regeneracion para un filtro de particulas de gas de escape de motor diesel. - Google Patents

Sistema de regeneracion para un filtro de particulas de gas de escape de motor diesel.

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Abstract

Sistema de ayuda para le regeneración de un filtro de partículas (4) integrado en una línea de escape (2) de un motor, especialmente de vehículo automóvil, del tipo que presenta medios (5) de inyección de carburante en por lo menos algunos de los cilindros del motor (1) durante la fase de expansión de los mismos, para provocar un aumento de la temperatura de los gases de escape de los mismos, a fin de ayudar a la regeneración del filtro, caracterizado por el hecho de que los medios de inyección (5) están adaptados para provocar varias inyecciones de carburante (I¿2, I¿3), en cantidades calibradas, repartidas en el tiempo durante la fase de expansión, por el hecho de que el motor está asociado a un turbocompresor (3), y por el hecho de que el sistema presenta medios (7) de regulación de la presión de sobrealimentación del turbocompresor, para reducir le cantidad de aire entrante en el motor.

Description

Sistema de regeneración para un filtro de partículas de gas de escape de motor diesel.
La presente invención se refiere a un sistema de ayuda para la regeneración de un filtro de partículas integrado en una línea de escape de un motor, especialmente de vehículo automóvil.
Es sabido que, una de las preocupaciones más importantes de los fabricantes de equipos y de los constructores de vehículo automóviles, es la reducción de la polución engendrada por el funcionamiento de los motores de los mismos.
Este es, en particular, el caso para los motores Diesel.
Ya han sido consideradas diferentes soluciones para intentar reducir el nivel de polución de dichos motores.
Para ello, por ejemplo, se ha propuesto ya en el estado de la técnica, integrar en las líneas de escape de dichos motores Diesel, unos filtros de partículas.
Los mismos quedan entonces adaptados para captar las partículas u hollines contenidos en los gases de escape de dichos motores y quemarlos en una fase de regeneración del filtro.
En el estado de la técnica, han sido desarrollados ya diferentes medios de ayuda para la regeneración de dichos filtros.
Es sabido, en efecto, que la temperatura natural de regeneración de los hollines se sitúa en los alrededores de 550 a 600ºC.
Ahora bien, dichas temperaturas no pueden ser alcanzadas más que condiciones de funcionamiento con muy alta carga de dichos motores.
Para facilitar la regeneración con pequeña carga, los citados filtros de partículas pueden ser asociados a catalizadores de oxidación, dispuestos aguas arriba de los mismos.
Se han desarrollado en el estado de la técnica, otros sistemas de ayuda para la regeneración de dichos filtros, que comprenden medios de inyección de carburante en los cilindros del motor durante la fase de expansión de los mismos, para provocar un aumento de la temperatura de los gases de escape, a fin de ayudar a la regeneración del filtro.
El desarrollo de estos sistemas está unido a la aparición de los sistemas de alimentación común de los cilindros de los motores, igualmente denominados "Common Rail".
Sin embargo, dichos sistemas presentan un cierto número de inconvenientes, especialmente al nivel de las repercusiones de dicha post-inyección sobre el par motor proporcionado.
En efecto, dicha post-inyección se traduce en fluctuaciones relativamente importantes del par motor, disminuyendo otro tanto la satisfacción de conducción del vehículo.
El objetivo de la invención es, por tanto, el de resolver estos problemas.
A tal fin, la invención tiene por objeto un sistema de ayuda para la regeneración de un filtro de partículas integrado en un a línea de escape, especialmente de vehículo automóvil, del tipo que presenta medios de inyección de carburante en por lo menos algunos de los cilindros del motor, durante la fase de expansión de los mismos, para provocar un aumento de la temperatura de los gases de escape de los mismos, para ayudar a la regeneración del filtro, caracterizado por el hecho de que los medios de inyección están adaptados para provocar varias inyecciones de carburante, en cantidades calibradas, repartidas en el tiempo durante la fase de expansión, por el hecho de que el motor está asociado a un turbocompresor, y por el hecho de que el sistema presenta medios de regulación de la presión de sobrealimentación del turbocompresor, para reducir la cantidad de aire entrante en el motor.
La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue a continuación, establecida únicamente a título de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos anexos, en los que:
- La figura 1 representa un esquema sinóptico que representa la estructura de un sistema de ayuda `para la regeneración de un filtro de acuerdo con la invención; y
- las figuras 2, 3 y 4 representan el funcionamiento de dicho sistema.
En efecto, puede reconocerse en la figura 1, un sistema de ayuda para la regeneración de un filtro de partículas integrado en una línea de escape de un motor Diesel, especialmente de vehículo automóvil.
En dicha figura, el motor está designado con la referencia general 1 y los gases de escape del mismo son conducidos a circular por una línea de escape designada por la referencia general 2.
Dicha línea de escape está eventualmente asociada a un turbocompresor designado por la referencia general 3 y los gases pasan, por tanto, a dicho turbocompresor y más particularmente en la porción de turbina del mismo.
A continuación, los gases son conducidos a circular por un filtro de partículas, designado por la referencia general 4 en dicha figura 1.
El motor está asociado igualmente a un sistema de alimentación de carburante, designado por la referencia general 5 en dicha figura, presentando dicho sistema de alimentación, por ejemplo, un sistema de alimentación común de todos los cilindros del motor, de tipo "Common Rail", presentando para cada cilindro del motor, un inyector de mando, por ejemplo, eléctrico, tal como el designado por la referencia general 5 en dicha figura.
El gobierno de dichos inyectores queda asegurado a través de una unidad central de tratamiento de informaciones, designado por la referencia general 7.
El filtro de partículas designado por la referencia general 4 puede estar asociado igualmente a un catalizador de oxidación, designado por la referencia general 8 en dicha figura, de ayuda para su regeneración y dispuesto aguas arriba de dicho filtro en la línea de escape.
De acuerdo con la invención, los medios de inyección de carburante están adaptados para provocar varias inyecciones de carburante, en cantidades calibradas, repartidas en el tiempo durante la fase de expansión de por lo menos algunos de los cilindros.
Ello permite entonces aumentar la temperatura de los gases de escape, para ayudar a la regeneración del filtro y ello sin repercusión notable sobre el par proporcionado por el motor, tal como queda representado en las figuras 2, 3 y 4.
En efecto, puede observarse en la figura 2 que, durante una fase de funcionamiento del motor sin ayuda para la regeneración, el carburante es inyectado en dos etapas, a saber: una inyección denominada piloto I1, que prepara la inyección principal I2 que sigue.
Durante una fase de funcionamiento con ayuda para la regeneración del filtro, el objetivo es prolongar la combustión el mayor tiempo posible, sin modificar el par motor, para obtener unas temperaturas más elevadas de los gases en la cámara de combustión en el momento de la apertura de la válvula de escape, a fin de aumentar la temperatura de los hollines y desencadenar su combustión en el filtro de partículas.
Para ello, y como queda representado en la figura 3, el carburante puede ser inyectado en cantidades calibradas en por lo menos algunos de los cilindros, por ejemplo en tres etapas, a saber: una primera inyección denominada piloto I'1, idéntica a I1, una segunda inyección I'2, que engendra las condiciones termodinámicas favorables a una tercera inyección I'3 y asegura una parte del par solicitado por el usuario.
La cantidad de carburante inyectado durante la inyección I'2 es inferior o muy inferior a la inyectada durante la inyección I2, siendo la fase de I'2 idéntica o retardada con relación a la de I2.
La inyección I'3 engendra el complemento de par que permite alcanzar el solicitado por el conductor del vehículo, aumenta la temperatura de los gases de escape, prosiguiendo la combustión tardíamente durante la fase de expansión y puede engendrar igualmente, según su regulación, unos hidrocarburos no quemados que asegurarán un aumento complementario de la temperatura de los gases, gracias a una combustión catalítica en el catalizador 8 situado aguas arriba del filtro de partículas.
Para engendrar el nivel térmico deseado sin modificar el par motor (figura 4), la cantidad de carburante inyectado durante la inyección I'3 es, por tanto, muy superior a la inyectada durante la inyección I'2 para los puntos de funcionamiento con pequeña carga del motor, superior o igual a la misma para las cargas intermedias e inferior a la misma por los puntos de funcionamiento con fuerte carga del motor, teniendo lugar la inyección I'3 después de la inyección I'2 con un desfase angular que puede ir de 15 a 150º cigüeñal según el punto de funcionamiento.
Puede observarse que en este ejemplo de realización se llevan a cabo dos inyecciones sucesivamente en el tiempo de post-inyección durante la fase de expansión.
Se comprende que pueden preverse un número superior de inyecciones y que, por ejemplo, la inyección I'3 puede ser descompuesta a su vez en dos sub-inyecciones que tengan por función engendrar el par complementario del motor, el aumento de temperatura de los gases y de los hidrocarburos que serán quemados por el catalizador 8, permitiendo esta solución un mejor control del funcionamiento que con una sola inyección I'3.
Sin embargo, para no modificar el par motor, como complemento de dicha inyección múltiple, es igualmente necesario, cuando el motor está asociado a un turbocompresor, tal como se ha representado, aplicar al mismo una consigna de presión de sobrealimentación específica, para compensar el aumento de energía que recibe del turbocompresor a continuación del aumento de los niveles térmicos en el escape.
Esta nueva consigna disminuye entonces el caudal de aire entrante en el motor, lo que tiene por efecto aumentar la riqueza de los gases de escape y aumenta igualmente la temperatura.
En este caso, dicha consigna puede ser suministrada, por ejemplo, por la unidad central de tratamiento de informaciones 7 al turbocompresor designado por la referencia general 3 en la figura 1.
Se comprende entonces que el sistema de ayuda de la regeneración de acuerdo con la invención permite crear los niveles térmicos necesarios para la combustión de los hollines en el filtro, sin modificación del par motor.
Dichos niveles térmicos se alcanzan con iso-par por una prolongación de la combustión en el ciclo motor, gracias a unas inyecciones múltiples sucesivas de carburante durante la fase de expansión de por lo menos algunos cilindros del mismo, pudiendo ser asociadas dichas inyecciones a una combustión catalítica de hidrocarburos engendrados por dichas inyecciones múltiples en un catalizador y por una consigna específica de regulación de la presión de sobrealimentación de un turbocompresor asociado al motor.
Ello permite obtener entonces una regeneración del filtro de partículas sin degradación de la satisfacción de conducción del vehículo, es decir, sin aceleración o disminución a menudo de la marcha del mismo, en el caso de una utilización con escasa carga o con carga intermedia, en que los niveles térmicos alcanzados naturalmente por el motor no permiten la combustión de los hollines.
Se comprende que pueden ser considerados diferentes modos de realización de dicho sistema.

Claims (3)

1. Sistema de ayuda para le regeneración de un filtro de partículas (4) integrado en una línea de escape (2) de un motor, especialmente de vehículo automóvil, del tipo que presenta medios (5) de inyección de carburante en por lo menos algunos de los cilindros del motor (1) durante la fase de expansión de los mismos, para provocar un aumento de la temperatura de los gases de escape de los mismos, a fin de ayudar a la regeneración del filtro, caracterizado por el hecho de que los medios de inyección (5) están adaptados para provocar varias inyecciones de carburante (I'2, I'3), en cantidades calibradas, repartidas en el tiempo durante la fase de expansión, por el hecho de que el motor está asociado a un turbocompresor (3), y por el hecho de que el sistema presenta medios (7) de regulación de la presión de sobrealimentación del turbocompresor, para reducir le cantidad de aire entrante en el motor.
2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que aguas arriba del filtro de partículas queda dispuesto un catalizador de oxidación.
3. Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el motor (1) está asociado con medios (5, 6) de alimentación común con carburante de todos los cilindros del mismo.
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