Procedimiento de control de las emisiones contaminantes de un motor de combustión.

Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los NOx presentes en los gases de escape de un motor de combustión interna

, comprendiendo el citado sistema medios para introducir en la línea de escape un agente reductor aguas arriba de un catalizador de reducción selectiva de los NOx, comprendiendo el citado procedimiento un control en bucle abierto de la inyección, una estimación de la eficacia del tratamiento y la comparación de ésta con respecto a un potencial de conversión máximo obtenido si la relación entre la cantidad de reductor inyectada y la cantidad de NOx en los gases respeta una consigna dada y si la masa de agente reductor almacenada en el catalizador respeta una consigna de almacenamiento dada, caracterizado por que si se observa un defecto del tratamiento, a saber una diferencia significativa entre la conversión máxima y la eficacia estimada, y si se cumplen las condiciones de corrección, a saber condiciones medioambientales que permitan a la vez validar la lectura de la eficacia y activar la corrección en condiciones que garanticen una cierta estabilidad de las emisiones de NOx en tanto que se realice un bucle cerrado, se activa una petición de corrección de la consigna de almacenamiento de reductor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/050219.

Solicitante: PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: ROUTE DE GISY 78140 VELIZY VILLACOUBLAY FRANCIA.

Inventor/es: Charial,Christophe, GRISE,CLÉMENT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > F01N11/00 (Dispositivos de control o diagnóstico para los aparatos de tratamiento de gases de escape)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios... > F01N3/20 (especialmente adaptados para conversión catalítica (F01N 3/22 tiene prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios... > F01N3/08 (para volverlos inofensivos (utilizando separadores eléctricos o electrostáticos F01N 3/01; aspectos químicos B01D 53/92))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > F01N9/00 (Control eléctrico de los aparatos de tratamiento de los gases de escape (dispositivos de control o diagnóstico para los aparatos de tratamiento de gases de escape F01N 11/00; control eléctrico simultáneo de varias funciones de los motores de combustión F02D 43/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios... > F01N3/021 (utilizando filtros)

PDF original: ES-2527243_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de control de las emisiones contaminantes de un motor de combustión

La presente invención concierne a un procedimiento de control de las emisiones contaminantes de un motor de combustión.

La utilización de combustible fósil como el petróleo o el carbón en un sistema de combustión, en particular el carburante en un motor, implica la producción en cantidad no despreciable de contaminantes que pueden ser descargados por el escape al medio ambiente y causar su deterioro. Entre estos contaminantes, los óxidos de nitrógeno (denominados NOx) plantean un problema particular puesto que se cree que estos gases son uno de los factores que contribuyen a la formación de lluvia ácida y a la deforestación. Además, los NOx están relacionados con problemas de salud para los humanos y son un elemento clave de la formación de « smog » (nube de contaminación) en las ciudades. La legislación impone niveles de rigor creciente para su reducción y/o su eliminación de fuentes fijas o móviles.

Entre los contaminantes que las legislaciones tienden a reglamentar de modo cada vez más estricto figuran igualmente el hollín u otros materiales particulares resultantes esencialmente de una combustión incompleta del carburante, de modo más particular cuando el motor funciona en mezcla denominada pobre, es decir con un excedente de oxígeno (de aire) con respecto a la estequiometría de la reacción de combustión. Las mezclas pobres existen en los motores denominados diesel, cuyo encendido se efectúa por compresión.

Para estas dos grandes categorías de contaminantes, son puestos en práctica diferentes medios de descontaminación y estrategias de combustión.

Para limitar las emisiones de partículas, la tecnología de los filtros de partículas se generaliza poco a poco para todos los vehículos equipados con un motor diesel. Esta tecnología consiste esencialmente en forzar el paso de los gases de escape a través de los canales porosos de una estructura en nido de abeja de cerámica. El hollín así filtrado es acumulado y después eliminado en una operación de regeneración del filtro durante la cual éste es quemado. Sin embargo, para obtener esta regeneración es necesario aumentar la temperatura de los gases de escape, lo que típicamente se obtiene enriqueciéndoles con un carburante (inyectado directamente en la línea de escape o en la cámara de combustión del motor, durante la fase de escape del ciclo de combustión) y/o aumentando la carga del motor. Por otra parte, para facilitar la combustión del hollín se utiliza un agente catalítico, siendo este agente depositado de modo permanente en los canales del filtro, o bien introducido como aditivo con el carburante, permitiendo esta última tecnología funcionar con temperaturas de combustión más bajas que las requeridas con filtros catalizados.

Para limitar las emisiones de NOx, la principal vía de puesta en práctica en los vehículos actuales ha sido la reducción de las emisiones en la fuente, dicho de otro modo, funcionando el motor en condiciones tales que las tasas de NOx producidos sean inferiores a las tasas límites. Estas condiciones se satisfacen especialmente gobernando de manera muy fina los diferentes parámetros del motor, comenzando por los parámetros de inyección de carburante y de reinyección en la admisión de una parte de los gases de escape, esto a fin de reducir la concentración de oxígeno favorable para la formación de los óxidos de nitrógeno.

Sin embargo, no es posible reducir drásticamente las emisiones en la fuente sin limitar ciertas características del motor. Por ello, se han propuesto diferentes soluciones para desnitrificar los gases de escape. Una solución que ha demostrado su eficacia especialmente en los camiones de gran tonelaje es la conversión química por reducción de los óxidos de nitrógeno por medio de un agente reductor Inyectado directamente en la línea de escape. Así, una solución de post-tratamiento que ha demostrado su eficacia es la utilización de una fuente de amoniaco (NH3), tal como la urea acuosa. El amoniaco reacciona con los NOx en un catalizador para formar nitrógeno N2 inerte y agua H2O. Esta solución es esencialmente conocida con el nombre de su acrónlmo Inglés SCR, de « Selectlve Catalytic Reduction », como se describe en el documento W29/13571.

Un reductor utilizado habltualmente es el amoniaco, almacenado en forma de urea, obteniéndose al amoniaco por termólisis/hldróllsls de la urea en la línea de escape según las reacciones siguientes:

(NH2)2CO -» HNCO + NH3: termolisls a 12 °C (1)

HNCO + H2 - C2 + NH3: hidrólisis a 18 °C (2)

El catalizador SCR sirve a continuación para favorecer la reducción de los NOx por NH3 según las 3 reacciones siguientes:

4NH3 + 4NO + 2 > 4N2 + 6H2O (3)

2NH3 +NO + N2 -* 2N2 + 3H2 8NH3 + 6NO2 - 7N2 + 12H2

(4)

(5)

Siendo a su vez el amoniaco un gas considerado como tóxico, es importante que la cantidad de urea inyectada esté adaptada en todo momento a la cantidad de óxidos de nitrógeno que haya que tratar.

Un simple control en bucle cerrado basado esencialmente en la información facilitada por un sensor de NOx dispuesto aguas abajo de la trampa de NOx está excluido para un motor que funcione de modo predominante en regímenes transitorios, como motor de un vehículo automóvil.

La cantidad de NOx puede ser estimada, sin embargo, especialmente sobre la base de una cartografía de las emisiones de óxidos de nitrógeno en función especialmente de las condiciones de funcionamiento del motor, dicho de otro modo, esencialmente en función de la demanda de régimen y de par.

Una dificultad mayor de los sistemas de tratamiento de los NOx por reducción selectiva es obtener una eficacia nominal de tratamiento de los NOx en función de la dispersión de los vehículos producidos. Se ha propuesto un modelo que permita predecir en cualquier momento la eficacia de un sistema de tratamiento de los NOx y compararla con la eficacia observada.

Con un sistema SCR, en cualquier momento el amoniaco disponible para la reacción de reducción no es directamente el que es inyectado directamente en forma de amoniaco o en forma de un precursor en el ejemplo de la urea, sino el que está almacenado en ese momento dado en el catalizador. Cuanto más aumente la temperatura de los gases de escape, menor será la capacidad del catalizador para almacenar amoniaco, concurriendo una reacción de desorción con la reacción de adsorción. Por el contrario, este aumento de la temperatura tiende a favorecer la cinética de la reacción, y por tanto a favorecer las reacciones de reducción. En estas condiciones, es difícil obtener un control perfecto de las emisiones.

Así pues, un defecto de eficacia es debido típicamente a una carga no conforme del catalizador que debe ser corregida por una corrección del modelo de carga del amoniaco en el catalizador para reajustar el modelo. Por ello, la presente invención tiene por objetivo un método de supervisión de las correcciones del modelo de carga de un catalizador de reducción selectiva.

De acuerdo con la invención, se propone así un procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los NOx presentes en los gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo el citado sistema medios para introducir en la línea de escape un agente reductor aguas arriba de un catalizador de reducción de los NOx, comprendiendo el citado procedimiento un control en bucle abierto de la inyección, una estimación de la eficacia del tratamiento y la comparación de ésta con respecto a un potencial de conversión máximo obtenido si la relación entre la cantidad de reductor Inyectada y la cantidad de NOx en los gases respeta una consigna dada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los NOx presentes en los gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo el citado sistema medios para introducir en la línea de escape un agente reductor aguas arriba de un catalizador de reducción selectiva de los NOx, comprendiendo el citado procedimiento un control en bucle abierto de la inyección, una estimación de la eficacia del tratamiento y la comparación de ésta con respecto a un potencial de conversión máximo obtenido si la relación entre la cantidad de reductor inyectada y la cantidad de NOx en los gases respeta una consigna dada y si la masa de agente reductor almacenada en el catalizador respeta una consigna de almacenamiento dada, caracterizado por que si se observa un defecto del tratamiento, a saber una diferencia significativa entre la conversión máxima y la eficacia estimada, y si se cumplen las condiciones de corrección, a saber condiciones medioambientales que permitan a la vez validar la lectura de la eficacia y activar la corrección en condiciones que garanticen una cierta estabilidad de las emisiones de NOx en tanto que se realice un bucle cerrado, se activa una petición de corrección de la consigna de almacenamiento de reductor.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la petición de corrección efectúa un ajuste de la consigna según un control en bucle cerrado.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las citadas condiciones medioambientales comprenden una temperatura del catalizador de reducción selectiva comprendida en un intervalo de referencia dado.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las citadas condiciones medioambientales comprenden al menos una de las condiciones siguientes: un régimen motor superior a un régimen mínimo y una velocidad del vehículo superior a una velocidad mínima dada.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las citadas condiciones medioambientales comprenden al menos una de las condiciones siguientes: un par motor superior a un umbral de par mínimo y un par motor inferior a un umbral de par máximo.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que las condiciones de par son validadas solamente si el par motor permanece superior al valor de umbral mínimo y/o inferior al valor de par máximo durante una duración predefinida.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la citada duración está comprendida entre 3 s y 7 s.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que entre las condiciones medioambientales figura una no prohibición manual.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la autorización de activación de la petición de corrección está subordinada al transcurso de una duración mínima desde el cese de una petición de corrección.