Procedimiento, aplicación y dispositivo para el control de un sistema de alimentación de aire de un motor de combustión interna.

Procedimiento y dispositivo para el control de un sistema de alimentación de aire de un motor de combustión interna con sistema de escape de gases y purificación de gases de escape mediante filtro de partículas. Se controla una presión de carga de una corriente de alimentación de aire con una válvula de estrangulamiento y/o un retorno de los gases de escape entre el sistema de escape de gases y el canal de alimentación de aire.

Inmediatamente antes o durante una fase de regeneración del filtro de partículas se determina la corriente de aire de alimentación con señales de medición en la alimentación de aire y/o de sensores en el sistema de escape de gases y se comparan los resultados. El motor de combustión interna tiene una unidad de diagnosis conectada en la entrada con un sistema de medición del aire presentes en el lado del motor y con sensores adicionales en el canal de alimentación de aire.

Procedimiento, aplicación y dispositivo para el control de un sistema de alimentación de aire de un motor de combustión interna.

Estado de la técnica La invención se refiere a un procedimiento para el control de un sistema de alimentación de aire de un motor de combustión interna con un sistema de escape de gases y con una instalación de purificación de los gases de escape presente en el sistema de escape de gases con un filtro de partículas, en el que en el sistema de alimentación de aire se controla una presión de carga de una corriente de alimentación de aire a través de un canal de alimentación de aire de la combustión por medio de una válvula de estrangulamiento y/o un retorno de los gases de escape entre el sistema de escape de gases y el canal de alimentación de aire de la combustión. La invención se refiere, además, a un dispositivo correspondiente.

Desde hace algunos años se emplean filtros de partículas para la separación de partículas de negro de carbón de los gases de escape, especialmente de motores de combustión Diesel. Las partículas de negro de carbón son separadas en este caso sobre una superficie de filtro, en parte también en una estructura de filtro. Los filtros de partículas presentan una capacidad de acumulación limitada y deben regenerarse para el restablecimiento de la acción de purificación. En los filtros de partículas Diesel (DPF) esto se realiza a través de una elevación de la temperatura de los gases de escape típicamente a 600º C a 650º C. Esto se puede realizar por medio de medidas en la preparación de la mezcla del motor, por ejemplo a través de un desplazamiento de retardo de la inyección principal o a través de una suspensión de una inyección posterior que se quema en el motor o después de medidas posteriores en el motor, como por ejemplo la suspensión de una inyección posterior que se quema en un catalizador de oxidación.

Se inicia una reacción exoterma, que provoca una combustión de las partículas de negro de carbón y regenera el filtro de partículas dentro de algunos minutos. Una concentración elevada de oxígeno en el gas de escape acelera la combustión y conduce a una elevación de la temperatura, que puede afectar, dado el caso, también solamente a partes del filtro de partículas.

Un volumen reducido de gases de escape conduce de la misma manera a una elevación de la temperatura en el filtro de partículas y acelera la combustión, pero puede conducir también a sobreelevaciones locales de la temperatura. Una carga alta del material del filtro de partículas puede producir cuando, durante un proceso continuo de regeneración, se reduce en gran medida el volumen de los gases de escape o cuando se produce adicionalmente una porción alta de oxígeno en el gas de escape como durante una parada en un semáforo después de circulación rápida precedente. También en el funcionamiento de empuje se produce un contenido elevado de oxígeno en el gas de escape. Las altas temperaturas que se producen en estos estados de funcionamiento críticos pueden dañar materiales de filtros de coste más favorable, pero de menor capacidad de carga térmica como metal sinterizado o cordierita y también recubrimientos catalíticos de filtros de partículas, que están previstos para reducir la temperatura necesaria para la regeneración.

De acuerdo con el estado de la técnica, para la reducción del contenido de oxígeno en el gas de escape por medio de una válvula de estrangulamiento en el canal de alimentación de aire del motor de combustión interna, se reduce la sección transversal del canal de alimentación de aire. No obstante, la válvula de estrangulamiento no se cierra totalmente como en los sistemas que existen en el mercado.

El documento EP 1 364 110 B1 describe un procedimiento para evitar el recalentamiento de un filtro de partículas, en el que a partir de variables características del funcionamiento del motor de combustión interna y/o del sistema de tratamiento posterior de los gases de escape se calcula una variable característica, que permite una manifestación sobre la intensidad previsible de la reacción en el sistema de tratamiento posterior de gases de escape. Si la variable característica excede un valor umbral predeterminado, se inician medidas para la reducción de 45 la intensidad de la reacción. Como medida se pueden mencionar una reducción de la cantidad de aire de alimentación y/o una dosificación adicional de combustible y/o una elevación de una tasa de retorno de gases de escape. Se menciona que para la reducción de la cantidad de aire de alimentación se puede cerrar la válvula de estrangulamiento o al menos puede cerrar parcialmente. Sin embargo, no se describen una secuencia ventajosa de las medidas o un cierre simultáneo de la válvula de estrangulamiento y una apertura del retorno de los gases de escape.

Se conoce a partir del documento DE 10 2004 048 135, para la aceleración de la combustión durante la regeneración de un filtro de partículas, añadir oxígeno a la mezcla de gases de escape y añadir a la mezcla nitrógeno para la ralentización de la combustión. El oxígeno y el nitrógeno son generados a partir del aire ambiental con la ayuda de un dispositivo de desintegración del aire, como por ejemplo una membrana permeable a las 55 moléculas de oxígeno. A tal fin, debe llevarse el aire de alimentación en una fase de compresión a una presión del gas necesaria para una cantidad de paso necesaria. Esto requiere un consumo de energía adicional que contrarresta un funcionamiento económico del motor de combustión interna.

El documento DE 10 2006 010 095 describe un procedimiento y un dispositivo para el control de una

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regeneración de un filtro de partículas en una instalación de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna, en el que se alimenta aire de la combustión a través de un canal de alimentación de aire de la combustión con una válvula de estrangulamiento y en el que se retorna el gas de escape en un canal de gases de escape a través de un retorno de gases de escape y/o a través de un retorno de gases de escape a baja presión, a través del cual se puede alimentar gas de escape al canal de alimentación de aire de la combustión. De acuerdo con la invención, en este caso está previsto que las intervenciones de la válvula de estrangulamiento y del retorno de los gases de escape y/o del retorno de los gases de escape de baja presión se realicen en una secuencia predefinida. De esta manera, se puede conseguir que el filtro de partículas sea protegido frente a daños por recalentamiento y al mismo tiempo no se perjudique la comodidad de la marcha. A través de un cierre de la válvula de estrangulamiento se provoca una presión negativa de la aspiración del motor de combustión interna, que se compensa a través de la apertura del retorno de los gases de escape. En particular, a través de la secuencia sincronizada de las intervenciones en la válvula de estrangulamiento y en el retorno de los gases de escape se consigue que se realice la intervención de una manera neutral para el par motor y no sea percibida tampoco acústicamente. El control, posibilitado a través del procedimiento, del proceso de regeneración del filtro de partículas permite el empleo de materiales de coste favorable como metal sinterizado o cordierita para el filtro de partículas.

En todas las medidas descritas anteriormente, es especialmente importante para materiales de filtro críticos térmicamente que se ponga a disposición la temperatura delante del filtro de partículas, regulada de forma muy exacta, así como una concentración de oxígeno en el gas de escape adaptada a la carga de negro de carbón. Actualmente sólo es posible una limitación del oxígeno con una combinación de las medidas en el lado de la inyección así como de intervenciones en el sistema de alimentación de aire, por ejemplo, estrangulamiento fuerte. Si se produce en esta fase una fuga no diagnosticable ahora en el sistema de alimentación de aire, esto puede conducir durante una regeneración del filtro de partículas a la destrucción del filtro de partículas.

Por lo tanto, el cometido de la invención es preparar un procedimiento para el control del sistema de alimentación de aire del motor de combustión interna, que especialmente antes y durante la regeneración crítica del filtro de partículas está en condiciones de garantizar un diagnóstico del sistema de alimentación de aire en lo que se refiere a posibles defectos. Además, un cometido de la invención es preparar un dispositivo correspondiente.

Ventajas...

1. Procedimiento para el control de un sistema de alimentación de aire (10) de un motor de combustión interna (20) con un sistema de escape de gases (30) y con una instalación de purificación de los gases de escape (40) presentes en el sistema de escape de gases (30) con un filtro de partículas (45) , en el que en el sistema de alimentación de aire (10) se controla una presión de carga de una corriente de alimentación de aire (11) a través de un canal de alimentación de aire de la combustión (13) por medio de una válvula de estrangulamiento (15) y/o un retorno de los gases de escape (31) entre el sistema de escape de gases (30) y el canal de alimentación de aire de la combustión (13) , caracterizado porque inmediatamente antes o durante una fase de regeneración del filtro de partículas (45) se determina de diferente manera la corriente de aire de alimentación (11) por medio de señales de un sistema de medición del aire (12) presentes en el sistema de alimentación de aire (10) y/o de sensores presentes en el sistema de escape de gases (30) y se comparan los resultados entre sí.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de desviaciones significativas de los resultados, se interviene en un control del ciclo para la regeneración del filtro de partículas (45) .

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la intervención en el control del ciclo de la regeneración se realiza de tal manera que se interrumpe la regeneración del filtro de partículas (45) .

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque se colocan medios de detección de errores en un control del motor de orden superior.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se comprueba la corriente de alimentación de aire (11) por medio del cálculo de la corriente de alimentación de aire (11) , por una parte, a partir de una cantidad de combustible inyectado, que se descarga desde un aparato de control para la inyección de combustible y a partir de un valor lambda de una sonda lambda (43) en un canal de escape de gases

(32) del sistema de escape de gases (30) y, por otra parte, a partir de señales de un sistema de medición del aire

(12) en el sistema de alimentación de aire (10) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se comprueba la corriente de alimentación de aire (11) por medio del cálculo de la corriente de alimentación de aire (11) , por una parte, a partir de la presión de carga y de una temperatura en el canal de alimentación de aire de la combustión (13) y, por otra parte, a partir de señales del sistema de medición de aire (12) en el sistema de alimentación de aire (10) .

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la corriente de alimentación de aire (11) en el sistema de medición de aire (12) se determina por medio de medidores de masas de aire de película caliente.

8. Aplicación del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 en motores de combustión Diesel con material de filtro de partículas crítico térmicamente.

9. Dispositivo para el control de un sistema de alimentación de aire (10) de un motor de combustión interna (20) con un sistema de escape de gases (30) y con una instalación de purificación de los gases de escape (40) presente en el sistema de escape de gases (30) con un filtro de partículas (45) , en el que en el sistema de alimentación de aire (10) se puede controlar una presión de carga de una corriente de alimentación de aire (11) a través de un canal de alimentación de aire de la combustión (13) por medio de una válvula de estrangulamiento (15) y/o un retorno de los gases de escape (31) entre el sistema de escape de gases (30) y el canal de alimentación de aire de la combustión (13) , caracterizado porque el motor de combustión interna (20) presenta una unidad de diagnosis (50) , que está conectada en el lado de entrada con un sistema de medición del aire (12) presentes en el lado del motor y con sensores adicionales en el canal de alimentación de aire de la combustión (13) y que presenta instalaciones, que están configuradas para la realización de un procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad de diagnosis (50) está conectada en el lado de entrada con un sistema de medición de aire (12) en el sistema de alimentación de aire (10) , con un aparato de control para la inyección de combustible, con un sensor de presión (16) y con un sensor de temperatura (17) en el canal de alimentación de aire de la combustión (13) y/o con una sonda lambda (43) en un canal de escape de gases (32) del sistema de escape de gases (30) .

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque la unidad de diagnosis (50) está en conexión operativa con un control del ciclo para la regeneración del filtro de partículas (45) .

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la unidad de diagnosis (50) es parte de una unidad electrónica de control Diesel de orden superior, con la que se pueden regular o bien controlar la inyección de combustible así como otras funciones del motor.

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OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200900712

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 13.03.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : F02D41/18 (2006.01) F02D41/22 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F02D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

OPINIÓN ESCRITA

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 22.02.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

OPINIÓN ESCRITA

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

El documento D01 describe un sistema de control de un motor de combustión interna Diesel, con un sistema de escape de gases y con una instalación de purificación de los gases de escape con un filtro de partículas (14) , en el que en el sistema de alimentación de aire se controla una presión de carga de una corriente de alimentación de aire a través de un canal de alimentación de aire de la combustión por medio de una válvula de estrangulamiento (6) y un retorno de los gases de escape (11) entre el sistema de escape de gases (12) y la alimentación de aire de la combustión (26) , donde antes o durante la fase de regeneración del filtro de partículas se determina de diferente manera la concentración de oxígeno por medio de señales de sensores (16, 17) presentes en el sistema de escape y se comparan los resultados entre sí (ver párrafo 7) , obteniendo un diagnóstico según el cual se puede intervenir en el control del ciclo para la regeneración del filtro de partículas.

Sin embargo, a diferencia del objeto reivindicado, no se determina, a partir de dichas señales de concentración de oxígeno, la corriente de aire de alimentación.

Por tanto, teniendo en cuenta que el efecto técnico de esta diferencia es sustancial en tanto que supone analizar problemas distintos, y que tampoco hay información en el resto de los documentos citados que dirijan al experto en la materia a una solución como la planteada, se considera que la reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva de acuerdo a los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.

Consecuentemente, las reivindicaciones dependientes 2 a 12 también cumplen dichos requisitos de novedad y actividad inventiva.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200900712

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 13.03.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : F02D41/18 (2006.01) F02D41/22 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F02D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

OPINIÓN ESCRITA

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 22.02.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

OPINIÓN ESCRITA

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

El documento D01 describe un sistema de control de un motor de combustión interna Diesel, con un sistema de escape de gases y con una instalación de purificación de los gases de escape con un filtro de partículas (14) , en el que en el sistema de alimentación de aire se controla una presión de carga de una corriente de alimentación de aire a través de un canal de alimentación de aire de la combustión por medio de una válvula de estrangulamiento (6) y un retorno de los gases de escape (11) entre el sistema de escape de gases (12) y la alimentación de aire de la combustión (26) , donde antes o durante la fase de regeneración del filtro de partículas se determina de diferente manera la concentración de oxígeno por medio de señales de sensores (16, 17) presentes en el sistema de escape y se comparan los resultados entre sí (ver párrafo 7) , obteniendo un diagnóstico según el cual se puede intervenir en el control del ciclo para la regeneración del filtro de partículas.

Sin embargo, a diferencia del objeto reivindicado, no se determina, a partir de dichas señales de concentración de oxígeno, la corriente de aire de alimentación.

Por tanto, teniendo en cuenta que el efecto técnico de esta diferencia es sustancial en tanto que supone analizar problemas distintos, y que tampoco hay información en el resto de los documentos citados que dirijan al experto en la materia a una solución como la planteada, se considera que la reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva de acuerdo a los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.

Consecuentemente, las reivindicaciones dependientes 2 a 12 también cumplen dichos requisitos de novedad y actividad inventiva.