PROCEDIMIENTO DE CONTROL EN CICLO CERRADO DE LA CANTIDAD DE UREA PARA UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE ÓXIDOS DE NITRÓGENO.

Un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva,

denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape del motor de un vehículo, consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador, denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: se inyecta en el sistema una cantidad de urea inicial calculada con la ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno, se miden, como consecuencia de esta inyección, las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR por medio de un captador que presenta una no selectividad de amoniaco/óxidos de nitrógeno, se inyecta una nueva cantidad correspondiente a la cantidad inyectada precedentemente multiplicada por un coeficiente de inyección inicial superior a 1, se miden las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR y se las compara con los valores medidos precedentemente, y en función de la evolución de las cantidades medidas, se calcula un nuevo coeficiente de inyección, superior a 1, denominado coeficiente de sobre-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en disminución o por el contrario inferior a 1, llamado coeficiente de sub- inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en aumento, siendo repetidas las tres últimas etapas hasta alcanzar una cantidad óptima de urea y porque cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco disminuyen después de haber aumentado, se aplica un coeficiente de sobre-inyección inferior a la inversa del coeficiente de sub-inyección aplicado precedentemente, y la nueva cantidad de urea calculada a partir de este coeficiente de sobre-inyección es la cantidad óptima de urea a inyectar

El presente invento se refiere a un procedimiento de pilotaje de la inyección de urea para un sistema de tratamiento de reducción catalítica selectiva (SCR) de óxidos de nitrógeno a la salida de un motor de vehículo.

Más particularmente, el invento se refiere a un procedimiento de control de la cantidad de 5 urea para un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno.

Es conocido, en la industria, utilizar el amoniaco para efectuar una reducción de óxidos de nitrógeno según las reacciones de tipo SCR. Tal proceso es particularmente interesante en el caso de las industrias estacionarias para las que el problema de almacenamiento del amoniaco en gran cantidad no se plantea. 10

En el caso del automóvil, es conocido utilizar, de la misma manera, amoniaco, en particular contenido en la urea, para realizar la reducción de los óxidos de nitrógeno a la salida del motor. Esta reducción es efectuada haciendo reaccionar los óxidos de nitrógeno con amoniaco y/o urea, en un catalizador específico, denominado, catalizador SCR. El problema que aparece en el caso del automóvil es el del almacenamiento del amoniaco. Es por lo tanto útil, 15 determinar de forma precisa la cantidad de amoniaco a inyectar en el motor en cada instante, con el fin de optimizar la reducción de los óxidos de nitrógeno limitando las emisiones de amoniaco. El invento se refiere por lo tanto a un procedimiento de determinación de la cantidad de amoniaco destinada a ser integrada en una estrategia global de pilotaje de la inyección de amoniaco y/o de urea en un motor de vehículo. 20

El objetivo principal de cualquier sistema de descontaminación de tipo SCR es optimizar el compromiso entre una conversión de óxidos de nitrógeno elevada y una emisión limitada de amoniaco no convertida.

Es conocido determinar, a partir de parámetros del motor o exteriores, una cantidad de urea predeterminada, a inyectar en el catalizador SCR para efectuar la reducción de los óxidos 25 de nitrógeno. Pero estos sistemas presentan generalmente el inconveniente de ser en bucle abierto, es decir que no existen medios para controlar el carácter óptimo de esta cantidad de urea. El documento US-2005/0282285 propone observar la señal de un captador de NOx y cuando sobrepasa un valor dado, enviar un impulso para detectar si el valor anormalmente elevado está unido a un exceso de NOx o de NH3. 30

El invento pretende pues remediar este inconveniente, proponiendo un procedimiento de control en bucle cerrado de la inyección.

Más particularmente, el invento se refiere a un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva, según la reivindicación 1. 35

Una de las ventajas de este procedimiento es que permite tener en cuenta las derivas eventuales del sistema, que pueden tener una influencia sobre la eficacia del sistema o la cantidad de amoniaco consumida.

En un vehículo, en particular equipado de un motor de tipo Diesel, existen varias fuentes de deriva, que pueden entrañar una disminución de la eficacia del sistema.

Un primer tipo de deriva es la deriva de las emisiones en óxidos de nitrógeno del motor. En efecto, cuando los inyectores de gasóleo o el caudalímetro de admisión de aire están ensuciados, la cantidad de óxidos de nitrógeno realmente emitida por el motor es más elevada 5 que la predicha por un modelo de cálculo eventual. En efecto, un modelo calcula las cantidades de óxidos de nitrógeno teóricas en función de parámetros medidos en el motor; ahora bien, si algunos elementos del motor están ensuciados, los parámetros medidos no son siempre representativos de la realidad. En consecuencia, la cantidad de urea calculada gracias a este modelo, y por lo tanto inyectada en el catalizador, es demasiado pequeña con relación a la 10 necesidad real. La conversión de los óxidos de nitrógeno es por lo tanto menor que la óptima.

Por otra parte, el catalizador SCR en el que tienen lugar las reacciones de reducción puede degradarse, principalmente por el hecho de las fuertes temperaturas de escape generadas durante las regeneraciones del filtro de partículas del vehículo. Ahora bien, la determinación de la cantidad de amoniaco descrita precedentemente tiene igualmente en cuenta parámetros del 15 catalizador. Si el catalizador se degrada, la cantidad de amoniaco determinada por el modelo de cálculo no es válida ya, lo que se traduce en malas prestaciones del sistema, particularmente en lo que se refiere a la conversión de los óxidos de nitrógeno a baja temperatura.

En el caso en que el amoníaco utilizado está contenido en una solución de urea, es posible que esta solución se degrade lentamente en el depósito de almacenamiento presente en 20 el vehículo. En efecto, cuando es almacenada durante mucho tiempo y/o a fuertes temperaturas, la urea se hidroliza en amoníaco. Así, durante la inyección en el catalizador, la solución inyectada no contiene ya las mismas cantidades de urea y de amoníaco que las presentes inicialmente, cantidades a partir de las cuales es efectuado el cálculo generalmente.

Una reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno por el amoníaco es efectuada 25 según varias reacciones químicas, de las que los tres principales son:

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

3NO3 + 4NH3 → 3,5N2 + 6H2O

4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O

En este tipo de reducción, es teóricamente posible alcanzar conversiones superiores al 30 90%.

A la vista de las reacciones principales, se puede constatar que la evolución de las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoníaco a la salida del catalizador es la misma. En efecto, una reducción de los óxidos de nitrógeno está obligatoriamente unida a un consumo de amoníaco NH3. 35

Para efectuar las medidas de cantidad de gas a la salida del catalizador, se coloca un captador de óxidos de nitrógeno en la línea de escape del motor. Este captador de óxidos de nitrógeno permite igualmente, en cierta medida, medir el amoniaco NH3, presente en el escape

aguas abajo del catalizador. Un ejemplo de captador será descrito más adelante en el texto.

En una realización, la cantidad de urea inicial es calculada con ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno.

Por ejemplo, para determinar esta cantidad de urea inicial, se puede utilizar un procedimiento que incluye las etapas siguientes: 5

- la etapa de determinar el tiempo de permanencia de los gases sobre el catalizador SCR, siendo denominado este tiempo de permanencia VVH,

- la etapa de extraer de una memoria datos que permiten determinar una relación óptima entre la cantidad de amoniaco introducido en el catalizador y la cantidad de óxidos de nitrógeno a reducir, siendo esta relación tal que se obtiene la mejor conversión de óxidos de nitrógeno 10 posible respetando al mismo tiempo una cantidad límite de amoniaco no convertido, siendo escogidos estos datos en función de los tiempos de permanencia VVH,

- la etapa de calcular, a partir de esta relación óptima y de la producción de óxidos de nitrógeno en la línea de escape del motor, la cantidad de amoniaco a inyectar en el catalizador,

- la etapa de deducir, a partir de la cantidad de amoniaco determinada, la cantidad de 15 urea a inyectar,

Se puedo igualmente, en el curso de las diferentes etapas, tener en cuenta otros parámetros tales como la temperatura exterior, la temperatura de agua del motor, la presión atmosférica, o aun la temperatura en el interior del catalizador de oxidación.

Así como se ha descrito precedentemente se inyecta, en el transcurso de una etapa del 20 procedimiento, una nueva cantidad de urea correspondiente a la cantidad de urea inicial multiplicada por un coeficiente de inyección inicial. A la vista de las derivas que pueden tener lugar en el motor, se constata que generalmente es necesario inyectar una cantidad de urea superior a una cantidad de urea teórica que sería determinada por un modelo. Así, se escoge inyectar más urea; en este caso, el coeficiente de inyección inicial es superior a 1, y es 25 denominado coeficiente de Sobre Inyección.

Como consecuencia de esta modificación de cantidad de urea, es posible medir las nuevas cantidades de óxidos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape del motor de un vehículo, consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador, denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno 5 añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: se inyecta en el sistema una cantidad de urea inicial calculada con la ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno, se miden, como consecuencia de esta inyección, las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR por medio de un captador que presenta una no selectividad de 10 amoniaco/óxidos de nitrógeno, se inyecta una nueva cantidad correspondiente a la cantidad inyectada precedentemente multiplicada por un coeficiente de inyección inicial superior a 1, se miden las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR y se las compara con los valores medidos precedentemente, y en función de la evolución de las cantidades medidas, se calcula un nuevo coeficiente de inyección, superior a 1, denominado 15 coeficiente de sobre-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en disminución o por el contrario inferior a 1, llamado coeficiente de sub-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en aumento, siendo repetidas las tres últimas etapas hasta alcanzar una cantidad óptima de urea y porque cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco disminuyen 20 después de haber aumentado, se aplica un coeficiente de sobre-inyección inferior a la inversa del coeficiente de sub-inyección aplicado precedentemente, y la nueva cantidad de urea calculada a partir de este coeficiente de sobre-inyección es la cantidad óptima de urea a inyectar.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que, se determina un factor de corrección final, correspondiente a la cantidad de urea óptima dividida por la cantidad inicial de 25 urea.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que, cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco aumentan después de haber disminuido, el nuevo coeficiente de sub-inyección aplicado es superior a la inversa del coeficiente de sobre-inyección aplicado precedentemente. 30

4. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que se modifica la cantidad de urea inyectada únicamente en el caso en que se presentan condiciones de rodadura estables.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que la urea está en forma de urea líquida pura o de solución de urea. 35