SISTEMA DE FILTRO DE PARTÍCULAS PARA MOTOR Y MÉTODO DE REDUCCIÓN DE PÉRDIDA DE PRESIÓN DE DICHO FILTRO.

La invención describe un sistema de filtro de partículas para motor y un método de reducción de pérdida de presión de dicho filtro.

El sistema comprende un filtro en una línea de escape del motor, un inyector de agua en la entrada del filtro, un conducto entre una fuente de alimentación de agua y dicho inyector, una bomba de inyección, sensores de presión en la entrada y la salida del filtro para determinar una pérdida de presión en el filtro, y una unidad de control del accionamiento de la bomba. El método comprende detectar una pérdida de presión entre la entrada y salida del filtro, inyectar agua a presión en la entrada del filtro cuando la pérdida de presión alcanza un valor máximo permitido y controlar las condiciones de operación que requiera la regeneración del filtro para inicializar de nuevo el proceso de acumulación de hollín en el filtro.

SISTEMA DE FILTRO DE PARTÍCULAS PARA MOTOR Y MÉTODO DE

REDUCCIÓN DE PÉRDIDA DE PRESIÓN DE DICHO FILTRO

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los motores de combustión interna, y más concretamente a un sistema de filtro de partículas ubicado en una línea de escape de motor de combustión interna y a un método de reducción de la pérdida de presión del mismo. Antecedentes de la invención El estado de la técnica en el control de las emisiones contaminantes de los motores de combustión interna y la necesidad de cumplir con las normativas que regulan estas emisiones ha conducido a la necesidad de hacer uso de sistemas de post-tratamiento de gases de escape.

La mayoría de vehículos, tanto de transporte de pasajeros como de transporte pesado, cuentan con uno o varios sistemas de post-tratamiento de gases de escape. En concreto, para los motores de combustión interna se pueden identificar los siguientes tipos de sistemas de posttratamiento: ! Precatalizadores de oxidación y catalizadores principales de oxidación para la oxidación del monóxido de carbono (CO) y de los hidrocarburos sin quemar (HC) . ! Filtros de partículas para retener las partículas de hollín generadas en el proceso de combustión hasta su oxidación por medio del proceso de regeneración. ! Catalizadores de óxidos de nitrógeno para la eliminación de emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) en presencia de un agente reductor.

Sin embargo, la presencia de los sistemas de posttratamiento en la línea de escape de los motores supone un incremento de la contrapresión de escape por la pérdida de presión que tiene lugar en estos sistemas. El incremento de la contrapresión de escape conduce al aumento del trabajo de bombeo del motor, lo que finalmente se traduce en el aumento del consumo específico de combustible.

Este efecto es especialmente relevante en el caso del filtro de partículas. Todos los filtros de partículas están diseñados para acumular una cierta cantidad de partículas. A medida que el filtro de partículas comienza a estar sobrecargado, las partículas crean una obstrucción tal al paso del flujo que ésta se manifiesta en un incremento excesivo de la pérdida de presión, afectando sensiblemente al consumo específico de combustible del motor.

Como consecuencia de este proceso, en el estado de la técnica se han desarrollado estrategias para eliminar las partículas de hollín acumuladas en el filtro de partículas mediante un proceso de oxidación denominado regeneración. Los sistemas de regeneración se clasifican principalmente en sistemas pasivos, es decir, aquellos en los que se alcanzan las condiciones para que la regeneración tenga lugar sin medios auxiliares, y los sistemas activos, que son aquellos en los que para completar el proceso de regeneración es necesario emplear otros sistemas auxiliares, como el control de sistemas de inyección, quemadores adicionales, resistencias eléctricas, etc. En la práctica, los sistemas de regeneración pasivos son insuficientes y se hace necesario la combinación de técnicas de regeneración pasivas y activas.

Por lo tanto, la presencia del filtro de partículas en la línea de escape de los motores supone un incremento del consumo específico de combustible del motor por varias razones: la pérdida de presión que generan limpios; el incremento de la pérdida de presión que se produce a medida que se acumulan partículas; y la aplicación de técnicas de regeneración activas para oxidar las partículas acumuladas. Tal como ya conoce el experto en la técnica, estas técnicas de regeneración activa provocan un aumento del consumo de combustible.

A partir del documento US 2003/0230079, se conoce un sistema de limpieza de gases de escape que permite determinar el momento óptimo en el que realizar una regeneración activa del filtro de partículas, evitando un uso excesivo de técnicas de regeneración activa y reduciendo por tanto el deterioro del consumo de combustible que se produce durante dicha regeneración activa.

Sin embargo, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un sistema y método de reducción de la pérdida de presión que permitan prolongar el tiempo de uso de un filtro de partículas antes de que necesite someterse a dicha regeneración activa, evitando el elevado consumo de combustible que conlleva dicha regeneración activa.

Sumario de la invención Para solucionar los inconvenientes mencionados de la técnica anterior, la presente invención da a conocer, en un primer aspecto, un sistema de filtro de partículas para motor que comprende un filtro de partículas ubicado en una línea de escape de un motor de combustión interna. El sistema comprende además:

-un inyector de agua ubicado en una región de entrada del filtro de partículas, para inyectar agua a presión hacia dicho filtro de partículas;

-un conducto dispuesto entre al menos una fuente de alimentación de agua y dicho inyector;

-una bomba de inyección dispuesta en dicho conducto, para aumentar la presión del agua hasta una presión de inyección;

-un primer sensor de presión dispuesto en la entrada del filtro de partículas y un segundo sensor de presión dispuesto en la salida del filtro de partículas, para determinar una pérdida de presión entre la entrada y la salida del filtro de partículas; y

-una unidad de control que controla el accionamiento de la bomba de inyección en función de la pérdida de presión determinada por los sensores de presión.

Según un segundo aspecto, la presente invención da a conocer un método de reducción de pérdida de presión de un filtro de partículas con acumulación de hollín ubicado en una línea de escape de un motor de combustión interna, que comprende las etapas de:

-detectar una pérdida de presión entre la entrada y

la salida del filtro de partículas; e

-inyectar agua a presión en la entrada del filtro de

partículas cuando la pérdida de presión alcanza un valor máximo permitido.

De este modo, el sistema y el método propuestos por la presente invención permiten reducir la contrapresión de escape mediante la inyección de agua en la entrada del filtro de partículas. La restructuración de las partículas acumuladas en el monolito del filtro de partículas, causada por la inyección de agua, reduce la pérdida de presión del filtro de partículas sin necesidad de llevar a cabo el proceso de regeneración, sin reducir la masa de partículas atrapada y sin reducir la eficiencia de filtrado. Como consecuencia, se incrementa la capacidad de acumulación de masa de partículas y cenizas en el filtro de partículas para una diferencia de presiones determinada entre su entrada y salida (contrapresión de escape para el motor) , retrasando el momento de aplicación de técnicas de regeneración activas, que suponen, tal como ya se explicó anteriormente, un elevado consumo de combustible y aumentan las emisiones de gases contaminantes del motor.

Por tanto, la presente invención permite minimizar los efectos sobre el aumento del consumo específico de combustible que la presencia y el funcionamiento del filtro de partículas supone sobre el motor.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.

La figura 1 representa un esquema de una primera realización preferida del sistema propuesto en el que el agua inyectada aguas arriba del filtro de partículas se obtiene del sistema de refrigeración del motor.

La figura 2 representa un esquema de una segunda realización preferida del sistema propuesto en el que el agua de inyección tiene su origen en el agua condensada en diferentes equipos presentes en el vehículo o instalación.

La figura 3 representa un esquema de una tercera realización preferida del sistema propuesto que presenta una válvula de evacuación en el depósito que almacena el agua de inyección.

La figura 4 representa un esquema de una cuarta realización preferida del sistema propuesto que presenta un intercambiador de calor en la línea de escape del motor para generar por condensación agua de inyección.

La figura 5 representa un esquema de una quinta realización preferida del sistema propuesto en el que el agua de inyección puede tener como origen el sistema de refrigeración del motor o el agua generada por condensación por subsistemas del vehículo o de la instalación y por los gases de escape, en este último caso generada por medio del uso de un intercambiador...

1. Sistema de filtro de partículas para motor que comprende un filtro de partículas (1) ubicado en una línea de escape de un motor (2) de combustión interna, caracterizado porque comprende además: -un inyector de agua (6) ubicado en una región de entrada (5) del filtro de partículas (1) , para inyectar agua a presión hacia dicho filtro de partículas (1) ; -un conducto (9) dispuesto entre al menos una fuente de alimentación de agua y dicho inyector (6) ; -una bomba de inyección (10) dispuesta en dicho conducto (9) , para aumentar la presión del agua hasta una presión de inyección;

- un primer sensor de presión (12) dispuesto en la entrada (5) del filtro de partículas (1) y un segundo sensor de presión (12) dispuesto en la salida del filtro de partículas (1) , para determinar una pérdida de presión entre la entrada

(5) y la salida del filtro de partículas (1) ; y

- una unidad de control (11) que controla el accionamiento de la bomba de inyección (10) en función de la pérdida de presión determinada por los sensores de presión (12) .

2. Sistema de filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de control (11) acciona la bomba de inyección (10) también en función del régimen de giro (n) y el grado de carga (α) del motor (2) .

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la al menos una fuente de alimentación de agua se selecciona del grupo que comprende agua de refrigeración del motor (2) , un depósito (13) , agua condensada a partir de gases de escape y cualquier combinación de las mismas.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una fuente de alimentación de agua es un depósito (13) .

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque el depósito (13) se llena con agua condensada producida en diferentes equipos de un vehículo o instalación en el que está instalado dicho sistema.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el depósito (13) también se llena con agua condensada a partir de gases de escape obtenida en un intercambiador de calor (20) ubicado entre un primer conducto de escape (4) y un segundo conducto de escape (21) mediante el uso de agua de refrigeración.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque comprende además un sensor de nivel (15) en el depósito (13) que envía información a la unidad de control (11) , basándose dicha unidad de control (11) en la información procedente del sensor de nivel (15) para determinar el accionamiento de la bomba de inyección (10) .

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, que comprende además un intercambiador de calor dentro del depósito (13) en el que se produce intercambio de calor entre el agua de inyección almacenada en dicho depósito (13) y agua de refrigeración del motor (2) dirigida a dicho intercambiador de calor a través de una conducción (16, 25) .

9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además una válvula (17, 26) dispuesta en dicha conducción (16, 25) y controlada por la unidad de control (11) en función de información recibida del sensor de nivel (15) .

10. Sistema según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además un sensor de temperatura (18) en el depósito (13) que envía información sobre la temperatura del agua a la unidad de control (11) , basándose dicha unidad de control (11) en dicha información sobre la temperatura del agua para controlar la válvula (17, 26) .

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque comprende además una válvula de evacuación (19) controlada por la unidad de control (11) , abriéndose la válvula de evacuación (19) cuando se produce una parada del motor (2) para evacuar el agua acumulada en el depósito (13) .

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque comprende además como fuente de alimentación de agua adicional agua de refrigeración del motor (2) .

13. Sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende una conducción (27) que conduce agua desde el depósito (13) hacia el inyector (6) y una conducción (28) que conduce agua desde el sistema de refrigeración (7) hacia el inyector (6) , y comprende además una válvula (29) dispuesta en la conducción

(27) y una válvula (30) dispuesta en la conducción (28) , controlando la unidad de control (11) la apertura y cierre de las válvulas (29, 30) en función de un nivel de agua en el depósito (13) determinado por un sensor de nivel (15) .

14. Método de reducción de la pérdida de presión de un filtro de partículas (1) ubicado en una línea de escape de un motor de combustión interna (2) , que comprende las etapas de: -detectar una pérdida de presión entre la entrada y la salida del filtro de partículas (1) ; e -inyectar agua a presión en la entrada del filtro de partículas (1) cuando la pérdida de presión alcanza un valor máximo permitido;

de modo que se produce una restructuración de las partículas acumuladas en el filtro de partículas (1) y una reducción de la pérdida de presión a través del filtro de partículas (1) .

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además las etapas de: -evaluar la masa de hollín acumulada en el filtro de partículas;

- cuando la masa de hollín acumulada en el filtro de

partículas alcanza el valor máximo permitido,

- detener las inyecciones de agua; y

- realizar la regeneración activa del filtro de

partículas (1) .

16. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además las etapas de: -medir el tiempo transcurrido entre dos inyecciones de agua a presión consecutivas; -evaluar la masa de hollín acumulada en el filtro de partículas; -cuando el tiempo transcurrido entre dos inyecciones de agua consecutivas es inferior a un valor de tiempo mínimo, detener las inyecciones de agua; y

- realizar la regeneración activa del filtro de partículas (1) cuando la masa de hollín acumulada o la pérdida de presión en el filtro de partículas

(1) alcancen el valor máximo permitido.

17. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además las etapas de: -medir el tiempo transcurrido entre dos inyecciones de agua a presión consecutivas; -evaluar la masa de hollín acumulada en el filtro de partículas; -cuando el tiempo transcurrido entre dos inyecciones de agua consecutivas es inferior a un valor de tiempo mínimo, incrementar la pérdida de presión máxima a controlar en el filtro de partículas (1) en función de las condiciones de operación del motor (2) e iniciar un nuevo proceso de inyección de agua; -cuando el tiempo entre eventos de inyección de agua una vez incrementada la pérdida de presión máxima a controlar en el filtro de partículas (1) no aumenta, detener las inyecciones de agua; y

- realizar la regeneración activa del filtro de partículas (1) cuando la masa de hollín acumulada o la pérdida de presión en el filtro de partículas

(1) alcancen el valor máximo permitido.

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14,

15, 16 y 17 en el que el agua de inyección procede de

un depósito (13) en el que se acumula agua condensada

5 producida en diferentes equipos de un vehículo o

instalación en el que está instalado el filtro de

partículas (1) , caracterizado porque comprende además

las etapas de:

- medir el nivel de agua en el depósito (13) ; e

10 -inyectar agua a presión en el filtro de partículas

(1) en función del nivel de agua medido en el

depósito (13) .

19. Método según la reivindicación 18, caracterizado

porque comprende además las etapas de:

15 -medir la temperatura del agua en el depósito (13) ;

y

- hacer circular agua de refrigeración en un

intercambiador de calor dispuesto en el depósito

(13) cuando la temperatura medida del agua en el

20 depósito (13) es inferior a un valor de temperatura

mínima.

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3

FIG. 4

FIG. 5