Método de diagnóstico para un motor de combustión interna por análisis de sus gases de escape y dispositivo para implementar el mismo.

Un método de diagnóstico para un motor diesel a fin de determinar si dicho motor, o al menos un dispositivo conectado a dicho motor, está afectado por uno o varios fallos que impactan negativamente en el grado de contaminación de los gases de escape producidos por dicho motor, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de un primer gas de escape, o la evolución del nivel de dicho gas de escape, conforme a un estado predeterminado de dicho motor, y

- deducir o identificar, a partir de dicho análisis, un fallo que afecta a dicho motor y/o dicho dispositivo conectado al mismo,

en donde dicho primer gases de escape es dióxido de carbono

(CO2).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12175040.

Solicitante: Ecosphere S.A.

Nacionalidad solicitante: Luxemburgo.

Dirección: 1 rue de Nospelt 8360 Goetzingen LUXEMBURGO.

Inventor/es: CASTELLA, JEAN-PIERRE, DEREGNAUCOURT,DAVID.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N33/00 (Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > Control eléctrico de la alimentación de mezcla... > F02D41/22 (Dispositivos de seguridad de aviso en caso de condiciones anormales)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > ALIMENTACION EN GENERAL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION... > Aparatos específicos conjugados con los motores... > F02M25/07 (añadiendo gases de escape)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > F02D41/00 (Control eléctrico de la alimentación de mezcla combustible o de sus constituyentes (F02D 43/00 tiene prioridad))

PDF original: ES-2538227_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de diagnóstico para un motor de combustión interna por análisis de sus gases de escape y dispositivo para implementar el mismo.

La presente invención se refiere a un método de diagnóstico para un motor de combustión interna por análisis de sus gases y un dispositivo para implementar dicho método.

La invención se refiere más particularmente al análisis de la combustión de los motores diesel, en particular con objeto de diagnosticar la eficiencia del sistema de control de la contaminación relacionado con este tipo de motor.

De hecho, la lucha contra la contaminación, con indiferencia de su origen, se encuentra en el centro de las discusiones internacionales hoy en día. Todos vehículos terrestres, con inclusión del automóvil, son parcialmente responsables. Los gobiernos y los fabricantes han estado trabajando desde hace años para limitar las emisiones contaminantes de estos vehículos. Las medidas adoptadas han ido en la dirección de un endurecimiento de los estándares anti-contaminación en los años venideros.

Mientras que los vehículos equipados con motores de ignición por chispa (gasolina, GPL (gas de petróleo licuado) , GNV (gas natural para vehículos) y motores E85) son relativamente fáciles de limpiar utilizando catalizadores, la limpieza de los motores diesel es mucho más difícil. Las partículas emitidas por este tipo de motor no plantean problema particular alguno, en la medida en que están disponibles filtros muy eficaces en el mercado y equipan un número creciente de vehículos diesel.

La reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx) , sin embargo, es mucho más dedicada, debido al hecho de que los sistemas de control de la contaminación utilizados, generalmente válvulas EGR (Recirculación del gas de escape) operan dependiendo de muchas variables relacionadas que pueden derivar. Esta deriva, a menudo difícil de diagnosticar, crea fallos problemáticos que impactan en el control apropiado de la contaminación del motor, en particular.

De modo más preciso, como se sabe, un motor diesel funciona en modo de exceso de aire, por tanto, en presencia de una gran cantidad de oxígeno, que causa químicamente emisiones fuertes de óxidos de nitrógeno (NOx) . Por el uso de la válvula EGR, se reinyectan gases de escape en la admisión, retardando con ello el punto de inflamación, y reduciendo adicionalmente la formación de NOx. La válvula EGR esta accionada por una computadora desde ralentí hasta aproximadamente 3000 rpm, dependiendo de diversos parámetros.

La combustión de un motor diesel, por perfecta que pueda ser, produce hollín además de partículas. Este hollín causa un ensuciamiento de la válvula EGR y el colector de admisión a lo largo de kilometrajes variables. Cualquier modificación geométrica del colector de admisión (estrechamiento de los conductos debido a la deposición de hollín) causará un fallo por falta de llenado de aire. La eficiencia y la potencia del motor se verán afectadas notablemente.

La tubería de escape y el sistema de control de la contaminación se obstruirán también, aumentando los fallos del motor. Cuando el sistema de control de la contaminación se hace inoperante, la computadora controla la válvula EGR en la posición cerrada, pero reduce también la eficiencia del motor por imitación de la presión de sobrealimentación.

Aunque existen varios métodos que hacen posible determinar si los gases de escape de un motor exceden de los valores admisibles de contaminación atmosférica prescritos, tales como, por ejemplo, los descritos en la solicitud de patente BE 84 46 22 que propone, en particular, analizar los gases de escape del motor a fin de determinar si, para modos de control prescritos diferentes, sus niveles exceden de los valores de contaminación atmosférica admisibles estipulados en monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) .

Además, se conocen dispositivos y métodos para control del motor, v.g. para determinar la cantidad de gases de escape a reintroducir en el aire de combustión del motor. Por ejemplo, US 2002/157.458 describe un método para medir el dióxido de carbono en el aire recirculado de una precombustión del motor. US 6.457.461 describe un sistema y un método para diagnosticar un fallo de componente en un motor de combustión interna a fin de desviar el gas de escape desde el escape del motor a la admisión del motor. Entretanto, 2003/191.575 describe un sistema y un método para estimar el contenido de NOx del gas de escape producido por un motor de combustión interna a fin de determinar las proporciones correctas de aire, combustible y gas de escape para controlar el motor, el sistema EGR y/o el turboalimentador.

Por otra parte, DE 10 2005013936 describe medidas de los niveles de dióxido de carbono para monitorizar la regeneración normal o suficiente de un filtro de partículas de motor diesel en una tubería de escape.

Actualmente, en el mantenimiento o la reparación de motores diesel, a fin de diagnosticar fallos en el motor, es bien conocido el método de medir la emisión de humo. No obstante, el test de humo-opacidad no permite diagnosticar con precisión qué parte del motor, o dispositivo asociado, es defectuosa.

En la actualidad no existe método alguno que permita diagnosticar con precisión y sencillez fallos que afecten negativamente al grado de contaminación de los gases de escape de un motor diesel.

La presente invención describe un método y un dispositivo para diagnosticar fallos en el motor durante el mantenimiento o la reparación de motores diesel.

Adicionalmente, la misma describe un método para determinar si el motor diesel, o al menos un dispositivo asociado al mismo, se ve afectado por un fallo de una naturaleza, por ejemplo, que altere la eficiencia del motor, cause una avería del motor o determine si el dispositivo es defectuoso.

La invención propone, en general, un método de diagnóstico para un motor diesel a fin de determinar si el motor, o al menos un dispositivo asociado al mismo, se ve afectado por uno o varios fallos que influyan negativamente en el grado de contaminación de los gases de escape producidos por este motor. El sistema de control de la contaminación se verá afectado análogamente.

El método de diagnóstico conforme a la presente invención comprende los pasos de analizar el nivel de un primer gas de escape, o la evolución del nivel del primer gas de escape, conforme a un estado predeterminado dicho motor, y deducir o identificar, a partir de dicho análisis, cualquier fallo que afecte al motor y/o el dispositivo conectado al mismo.

El estado predeterminado del motor debe entenderse como cualquier modo de velocidad adecuada del motor.

Los inventores observaron de hecho que, a partir del análisis de un gas de escape de motores diesel pueden identificarse con precisión los principales fallos que afectan al sistema de control de la contaminación del motor, y más generalmente, un buen número de fallos que afectan al motor diesel, o al menos un dispositivo asociado al mismo, y que tienen en particular un impacto directo sobre el nivel de contaminación de este motor.

Conforme a realizaciones particulares, el método puede comprender una o una combinación de cualquiera de las características siguientes:

- el nivel o evolución del primer gas de escape se analiza en combinación con el nivel, o evolución del nivel, de al menos otro gas de escape, -el primer gas de escape y el al menos otro gas de escape se seleccionan del grupo consistente en dióxido de carbono (CO2) , monóxido de carbono (CO) , oxígeno (O2) , óxidos de nitrógeno (NOx) , e hidrocarburos (HC) sin quemar, -el nivel y la evolución del nivel de los gases seleccionados del grupo constituido por dióxido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de diagnóstico para un motor diesel a fin de determinar si dicho motor, o al menos un dispositivo conectado a dicho motor, está afectado por uno o varios fallos que impactan negativamente en el grado de contaminación de los gases de escape producidos por dicho motor, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de un primer gas de escape, o la evolución del nivel de dicho gas de escape, conforme a un estado predeterminado de dicho motor, y -deducir o identificar, a partir de dicho análisis, un fallo que afecta a dicho motor y/o dicho dispositivo conectado al mismo, en donde dicho primer gases de escape es dióxido de carbono (CO2) .

2. El método conforme a la reivindicación 1, en donde el nivel o la evolución del primer gas de escape se analiza en combinación con el nivel, o evolución del nivel, de al menos otro gas de escape.

3. El método conforme a la reivindicación 2, en donde el al menos otro gas de escape se selecciona del grupo constituido por monóxido de carbono (CO) , oxígeno (O2) , óxidos de nitrógeno (NOx) , e hidrocarburos (HC) sin quemar.

4. El método conforme a cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que el nivel y la evolución del nivel de los gases se analizan dependiendo de varios estados predeterminados y, a partir de dicho análisis, se deducen o se identifican los fallos que pueden estar afectando al motor y/o el dispositivo conectado al mismo.

5. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, conforme a un estado operativo predeterminado del motor, el nivel del primer gas de escape, solo o en combinación con al menos otro gas de escape, se mide y se compara con un primer nivel de dicho gas de escape medido para un estado que representa una operación normal de dicho motor o el dispositivo conectado al mismo, y/o se compara con un segundo nivel de dicho gas de escape medido para un estado que representa una operación anormal de dicho motor, o el dispositivo conectado al mismo, y se identifica un fallo predeterminado, y a partir de dicha comparación, se deduce que dicho motor, o dicho dispositivo conectado al mismo, está afectado por dicho fallo predeterminado.

6. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el estado predeterminado del motor es uno de los siguientes: ralentí, parado después de estar a ralentí, ralentí después de la puesta en marcha, 1200 rpm, entre aproximadamente 3000 y aproximadamente 3500 rpm, a plena carga, y ralentí después de estar a plena carga.

7. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de dióxido de carbono conforme a un estado operativo del motor que causa la apertura de una válvula de recirculación del gas de escape (EGR) conectada a dicho motor, utilizando una computadora que controla la apertura y cierre de dicha válvula, y -deducir, a partir de una falta de aumento del nivel de dióxido de carbono después de apertura teórica de la válvula de recirculación del gas de escape, que dicha válvula no está controlada por gas de la computadora o está bloqueada en la posición cerrada, o los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de dióxido de carbono conforme a un estado operativo de dicho motor que causa el cierre de una válvula de recirculación del gas de escape conectada a dicho motor utilizando una computadora que controla la apertura y cierre de esta válvula, y -deducir, a partir de una falta de disminución, para una velocidad del motor entre 3000 y 3500 rpm, del nivel de dióxido de carbono después de cierre teórico de la válvula de recirculación del gas de escape, que dicha válvula está bloqueada en la posición abierta, o los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de dióxido de carbono, para una operación del motor a una velocidad inferior a 2700 rpm y a una velocidad entre 3000 y 3500 rpm, y -deducir, a partir de un nivel de dióxido de carbono para dicha velocidad 3000 y 3500 rpm igual a, o mayor que, el valor medido para una velocidad menor que 2700 rpm, que dicha válvula no cierra correctamente.

8. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de dióxido de carbono y el nivel de oxígeno, con motor parado después de una operación a ralentí, y

- deducir que la tubería de escape conectada a dicho motor está atascada si, al cabo de aproximadamente 40 segundos, el nivel de dióxido de carbono no ha descendido a un valor inferior a aproximadamente 1% y el nivel oxígeno no es mayor que igual a aproximadamente 20%.

9. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de dióxido de carbono y el nivel de oxígeno, para una operación del motor a plena carga, y -deducir, a partir de un nivel total de dióxido de carbono y oxígeno menor que aproximadamente 19%, que el motor tiene un llenado de aire insuficiente.

10. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de dióxido de carbono para una operación del motor a plena carga, y -deducir, a partir de una disminución en el nivel de dióxido de carbono durante la operación a plena carga que un inyector de colector común conectado a dicho motor está afectado por una fuga interna, o -deducir, a partir de un nivel de dióxido de carbono que disminuye aproximadamente 1% a aproximadamente 5% entre el comienzo y el final de una fase a plena carga que dura aproximadamente 15 segundos, que un sistema 15 inyector de colector común conectado a dicho motor está afectado por una fuga interna, o los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de monóxido de carbono para una operación del motor a ralentí y a una velocidad mayor que o igual a 1200 rpm, y -deducir, a partir de un aumento en el nivel de monóxido de carbono con relación a la fase de ralentí, que un sistema inyector de colector común conectado a dicho motor tiene una fuga interna.

11. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de dióxido de carbono para una operación del motor a plena carga, y -deducir, a partir de un aumento del nivel de dióxido de carbono durante la operación a plena carga, que el regulador de flujo conectado a una bomba de alta presión de un sistema de inyección de colector común que equipa dicho motor es defectuoso, o los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de dióxido de carbono, desde la ignición del motor hasta una velocidad de ralentí estabilizada de dicho motor sin recirculación del gas de escape, o el nivel de dióxido de carbono para una operación a plena carga de dicho motor, y -deducir, a partir de un aumento en el nivel de dióxido de carbono que no excede de aproximadamente 4 segundos y no excede de aproximadamente 1, 5%, que la bomba de alta presión del sistema de inyección de 30 combustible que equipa dicho motor es defectuosa, o a partir de un aumento en el nivel de dióxido de carbono que excede de 2, 5% que la bomba de tipo distribuidor de dicho sistema de inyección de combustible es defectuosa.

12. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de dióxido de carbono y el nivel de oxígeno para una operación del motor a plena carga, y -deducir, a partir de un nivel total de dióxido de carbono y oxígeno menor que aproximadamente 19%, con un nivel de dióxido de carbono superior a aproximadamente 8%, y un nivel de oxígeno inferior a aproximadamente 10%, que el turboalimentador que equipa dicho motor es defectuoso, o los pasos de:

- analizar la evolución de la concentración de hidrocarburos sin quemar para un aumento de velocidad o un retorno a ralentí de la misma, y -deducir, a partir de un aumento en el nivel de hidrocarburos para el aumento de velocidad, y una concentración mayor que aproximadamente 40 ppm después de volver a ralentí, que el turboalimentador que equipa dicho motor tiene una fuga de aceite en al menos uno de sus cojinetes.

13. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de monóxido de carbono y el nivel de hidrocarburos sin quemar, y

- deducir, a partir de un nivel de monóxido de carbono mayor que aproximadamente 0, 05% y un nivel de hidrocarburos mayor que aproximadamente 10 ppm, que una pulverización deficiente de los inyectores está afectando a dicho motor, o los pasos de:

- analizar el nivel de óxidos de nitrógeno, sea durante una operación a ralentí del motor con 5 recirculación del gas de escape, o durante una operación a plena carga, y -deducir, para un motor diesel de inyección directa, a partir de un nivel de óxidos de nitrógeno mayor que aproximadamente 120 ppm que opera en ralentí, o mayor que aproximadamente 250 ppm para operación a plena carga que una pulverización deficiente de los inyectores está afectando a dicho motor.

14. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar el nivel de monóxido de carbono y el nivel de óxidos de nitrógeno para una operación del motor a ralentí, o a una velocidad de aproximadamente 3000 rpm, y -deducir:

a) a partir de un nivel de monóxido de carbono menor que 0, 005% y un nivel de óxidos de nitrógeno mayor que aproximadamente 140 ppm para un motor de inyección directa que opera a ralentí con recirculación del gas de 15 escape, que dicho motor tiene un exceso de avance de la inyección; o b) a partir del nivel de monóxido de carbono menor que aproximadamente 0, 005% y un nivel de óxidos de nitrógeno mayor que aproximadamente 90 ppm para un motor de inyección indirecta que opera a ralentí, con recirculación del gas de escape, que dicho motor tiene un exceso de avance de la inyección; o c) a partir de un nivel de monóxido de carbono mayor que 0, 02% y un nivel de óxidos de nitrógeno menor que 20 90 ppm para un motor de inyección directa que opera a ralentí, que dicho motor está falto de avance de la inyección;

o d) a partir de un nivel de monóxido de carbono mayor que 0, 02% y un nivel de óxidos de nitrógeno mayor que 100 ppm para un motor de inyección directa que opera a una velocidad de aproximadamente 3000 rpm, que dicho motor está falto de avance de la inyección; o e) a partir de un nivel de monóxido de carbono mayor que 0, 02% y un nivel de óxidos de nitrógeno menor que 60 ppm para un motor de inyección directa que opera a ralentí, que dicho motor está falto de avance de la inyección; o f) a partir de un nivel de monóxido de carbono mayor que 0, 02% y un nivel de óxidos de nitrógeno mayor que 60 ppm para un motor de inyección directa que opera a aproximadamente 3000 rpm, que dicho motor está falto de 30 avance de la inyección.

15. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

- analizar la evolución del nivel de monóxido de carbono y el nivel de óxidos de nitrógeno durante un aumento de velocidad del motor, desde ralentí a aproximadamente 1200 rpm, y -deducir, a partir de una disminución en el nivel de óxidos de nitrógeno sin variación del nivel de 35 monóxido de carbono, que el circuito de admisión que equipa dicho motor tiene una toma de aire.

16. El método conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente los pasos de:

- analizar el nivel de hidrocarburos (HC) sin quemar para un motor que opera a ralentí, y -deducir, a partir de un nivel mayor que 100 ppm que el circuito de inyección del motor está afectado 40 por un agarrotamiento de los inyectores.

17. Un dispositivo para diagnóstico de un motor diesel a fin de determinar si dicho motor, o al menos un dispositivo conectado al mismo, se ve afectado por al menos un fallo que influye negativamente en el grado de contaminación de los gases de escape producidos por dicho motor, que comprende medios para medir al menos un primer gas de escape, en donde dicho primer gas de escape es dióxido de carbono (CO2) , medios para analizar el 45 nivel de dicho primer gas de escape, o la evolución de dicho nivel, conforme a uno o varios estados predeterminados de dicho motor, y medios de procesamiento capaces de identificar, a partir de dicho análisis, un fallo que afecta a dicho motor y/o los dispositivos conectados al mismo.

18. El dispositivo conforme a la reivindicación 17, en el que el medio de análisis comprende un detector multigas (21) capaz de detectar dióxido de carbono (CO2) , monóxido de carbono (CO) , oxígeno (O2) , óxidos de nitrógeno (NOx) , e hidrocarburos (HC) sin quemar.

19. El dispositivo conforme a la reivindicación 18, en donde dicho detector multigas (21) está conectado funcionalmente a medios (23) para interpretar los diversos valores medidos, comprendiendo dichos medios (23) para interpretación de los diversos valores medidos componentes electrónicos de procesamiento de señales que permiten una puesta en fase de los valores medidos.

20. Programa de computadora ejecutable en el dispositivo conforme a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19

que contiene instrucciones que, cuando se ejecutan, realizan los pasos metódicos del método de una cualquiera de 10 las reivindicaciones 1 a 16.